JP6078292B2 - 油圧駆動システム - Google Patents

Description

本発明は、油圧駆動システムに関する。

油圧ショベルやホイールローダ等の作業機械は、油圧シリンダによって駆動される作業機を備えている。油圧シリンダには、油圧ポンプから吐出された作動油が供給される。作動油は、油圧回路を介して油圧シリンダに供給される。例えば、特許文献１では、油圧シリンダに作動油を供給するための油圧閉回路を備える作業機械が提案されている。油圧回路が閉回路であることにより、作業機の位置エネルギーが回生される。その結果、油圧ポンプを駆動する原動機の燃費を低減することが可能となる。

特開２００３−２１１０４号公報

油圧ショベルの作業機は、ブームとアームとバケットとを備えている。ブームは、ブームシリンダによって駆動される。ブームシリンダは、第１室と第２室とを有している。第１室に作動油が供給され、第２室から作動油が排出されることにより、ブームシリンダが伸張する。また、第２室に作動油が供給され、第１室から作動油が排出されることにより、ブームシリンダが収縮する。

油圧ショベルは、作業機を上昇させた状態で保持することがある。例えば、油圧ショベルがバケットに土砂を積載してダンプトラックが排土位置に停車するのを待っている間、バケットを空中に持ち上げて保持する。このとき、ブームシリンダの第１室には、作業機の重量を支えるための油圧（以下、「保持圧」と呼ぶ）が発生する。

油圧ショベルのブームシリンダを駆動するための油圧回路に、特許文献１に開示されているような従来の油圧閉回路を適用すると、次のような課題が生じる。特許文献１の油圧閉回路では、油圧ポンプと油圧シリンダの間に油圧切替弁が配置されている。油圧切替弁は、開放位置と閉止位置とに切り換えられる。油圧切替弁は、通常、スプール弁である。スプール弁は、ボディと、ボディの孔に挿入されたスプールとを有する。スプールが孔内を摺動することにより、油圧切替弁が開放位置と閉止位置とに切り換えられる。

スプールがボディの孔内を摺動するために、スプールの外径と孔の内径との間には、通常、数μｍの隙間（クリアランス）がある。従って、バケットを空中で保持していると、保持圧によって、油圧シリンダと油圧切替弁との間の作動油は、隙間から少しずつ漏れることになる。このため、作業機は少しずつ降下していく。

ダンプトラックの待ち時間が長い場合には、バケットを空中で保持する時間が長くなるため、作業機の降下量が大きくなる。この場合、油圧ショベルのオペレータは、操作レバーを操作して作業機の位置を排土に適した高さに修正する必要が生じる。これは、オペレータにとって煩雑な操作となる。このような問題は、リフトアームによってバケットを持ち上げるホイールローダなどの他の作業機械においても生じうる。

本発明の課題は、作業機の位置エネルギーの回生ができると共に、保持圧による作業機の下降を抑えることができる油圧駆動システムを提供することにある。

本発明の一態様に係る油圧駆動システムは、油圧ポンプと、駆動源と、油圧シリンダと、作動油流路と、第１チェック弁と、第２チェック弁と、第１制御弁と、第２制御弁とを備える。油圧ポンプは、第１ポンプポートと第２ポンプポートとを有する。油圧ポンプは、第１状態と第２状態とに切り換え可能である。油圧ポンプは、第１状態において、第２ポンプポートから作動油を吸入して第１ポンプポートから作動油を吐出する。油圧ポンプは、第２状態において、第１ポンプポートから作動油を吸入して第２ポンプポートから作動油を吐出する。駆動源は、油圧ポンプを駆動する。油圧シリンダは、油圧ポンプから吐出された作動油によって駆動される。油圧シリンダは、第１室と第２室とを有する。油圧シリンダは、第１室から作動油が排出され、且つ、第２室に作動油が供給されることによって収縮する。油圧シリンダは、第１室に作動油が供給され、且つ、第２室から作動油が排出されることによって伸長する。作動油流路は、第１ポンプ流路と、第２ポンプ流路と、第１シリンダ流路と、第２シリンダ流路とを有する。第１ポンプ流路は、第１ポンプポートに接続される。第２ポンプ流路は、第２ポンプポートに接続される。第１シリンダ流路は、第１室に接続される。第２シリンダ流路は、第２室に接続される。作動油流路は、油圧ポンプと油圧シリンダとの間で閉回路を構成する。第１チェック弁は、第１ポンプ流路から第１シリンダ流路への作動油の流れを許容する。第１チェック弁は、第１シリンダ流路から第１ポンプ流路への作動油の流れを禁止する。第２チェック弁は、第２ポンプ流路から第２シリンダ流路への作動油の流れを許容する。第２チェック弁は、第２シリンダ流路から第２ポンプ流路への作動油の流れを禁止する。第１制御弁は、作動油流路において油圧ポンプと油圧シリンダとの間に配置される。第１制御弁は、スプール弁であって、第１位置状態と第２位置状態と中立位置状態とに切換可能である。第１制御弁は、第１位置状態では、第１ポンプ流路を第１チェック弁を介して第１シリンダ流路に接続し、且つ、第２シリンダ流路を第２チェック弁を介さずに第２ポンプ流路に接続する。第１制御弁は、第２位置状態では、第１シリンダ流路を第１チェック弁を介さずに第１ポンプ流路に接続し、且つ、第２ポンプ流路を第２チェック弁を介して第２シリンダ流路に接続する。第１制御弁は、中立位置状態では、第１ポンプ流路と第２ポンプ流路と第１シリンダ流路と第２シリンダ流路との間を遮断する。第２制御弁は、第１シリンダ流路に設けられる。第２制御弁は、弁体と弁座とを有する。第２制御弁は、弁体が弁座から離れた開状態となることによって第１制御弁から第１室への作動油の流れを許容する。第２制御弁は、弁体が弁座に接触した閉状態となることによって第１室から第１制御弁への作動油の流れを禁止する。

本発明の一態様に係る油圧駆動システムでは、油圧ポンプが第１状態であり、且つ、第１制御弁が第１位置状態であり、且つ、第２制御弁が開状態であるときには、油圧ポンプの第１ポンプポートから吐出された作動油が、第１ポンプ流路と、第１チェック弁と、第１シリンダ流路とを通って、油圧シリンダの第１室に供給される。そして、油圧シリンダの第２室から排出された作動油が、第２シリンダ流路と、第２ポンプ流路とを通って、油圧ポンプの第２ポンプポートに吸収される。これにより、油圧シリンダが伸長する。また、油圧ポンプが第２状態であり、且つ、第１制御弁が第２位置状態であり、且つ、第２制御弁が開状態であるときには、油圧ポンプの第２ポンプポートから吐出された作動油が、第２ポンプ流路と、第２チェック弁と、第２シリンダ流路とを通って、油圧シリンダの第２室に供給される。そして、油圧シリンダの第１室から排出された作動油が、第１シリンダ流路と、第１ポンプ流路とを通って、油圧ポンプの第１ポンプポートに吸収される。これにより、油圧シリンダが収縮する。以上のように、作動油流路は、油圧ポンプと油圧シリンダとの間で閉回路を構成している。このため、油圧駆動システムでは、作業機の位置エネルギーを回生することができる。

また、第２制御弁が閉状態とされると、第２制御弁において、弁体が弁座に接触することによって、第１室と第１制御弁との間の作動油の流れが禁止される。これにより、油圧シリンダの第１室に保持圧が発生していても、第１制御弁での作動油の漏れを抑えることができる。これにより、作業機の下降を抑えることができる。

本発明の第１実施形態に係る油圧駆動システムが搭載された油圧ショベルの外観図。 第１実施形態に係る油圧駆動システムの構成を示すブロック図。 第１実施形態に係る油圧駆動システムの第２制御弁の概略断面図。 第２実施形態に係る油圧駆動システムの構成を示すブロック図。 第３実施形態に係る油圧駆動システムの構成を示すブロック図。 第４実施形態に係る油圧駆動システムの構成を示すブロック図。 第２制御弁の変形例を示す概略断面図。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る油圧駆動システムについて説明する。
１．第１実施形態
図１は、本発明の第１実施形態に係る油圧駆動システムが搭載された油圧ショベル１００の斜視図である。油圧ショベル１００は、車両本体１と作業機２とを有する。車両本体１は、上部旋回体３と運転室４と下部車体５とを有する。上部旋回体３は、下部車体５上に載置されている。上部旋回体３は、下部車体５に対して旋回可能に設けられる。上部旋回体３は、後述するエンジンや油圧ポンプなどの装置を収容している。運転室４は上部旋回体３の前部に載置されている。運転室４内には、後述する操作装置が配置される。下部車体５は履帯５ａ，５ｂを有しており、履帯５ａ，５ｂが回転することにより油圧ショベル１００が走行する。

作業機２は、車両本体１の前部に取り付けられており、ブーム９０とアーム９１とバケット９２とを有する。ブーム９０の基端部は、ブームピン９６を介して上部旋回体３に揺動可能に取り付けられている。アーム９１の基端部は、アームピン９７を介してブーム９０の先端部に揺動可能に取り付けられている。アーム９１の先端部には、バケットピン９８を介してバケット９２が揺動可能に取り付けられている。ブーム９０は、油圧シリンダ１４によって駆動される。アーム９１は、油圧シリンダ９４によって駆動される。バケット９２は、油圧シリンダ９５によって駆動される。

図２は、油圧駆動システムの構成を示すブロック図である。この油圧駆動システムは、ブーム９０を駆動するためのシステムである。油圧駆動システムは、エンジン１１と、メインポンプ１０と、油圧シリンダ１４と、作動油流路１５と、第１制御弁１６と、第２制御弁１７と、ポンプコントローラ２４とを有する。

エンジン１１は、メインポンプ１０を駆動する。エンジン１１は、本発明の駆動源の一例である。エンジン１１は、例えば、ディーゼルエンジンであり、燃料噴射装置２１からの燃料の噴射量が調整されることにより、エンジン１１の出力が制御される。燃料噴射量の調整は、燃料噴射装置２１がエンジンコントローラ２２によって制御されることで行われる。なお、エンジン１１の実回転速度は、回転速度センサ２３にて検出され、その検出信号は、エンジンコントローラ２２およびポンプコントローラ２４にそれぞれ入力される。

メインポンプ１０は、第１油圧ポンプ１２と第２油圧ポンプ１３とを有する。第１油圧ポンプ１２及び第２油圧ポンプ１３は、エンジン１１によって駆動され、作動油を吐出する。メインポンプ１０から吐出された作動油は、第１制御弁１６を介して油圧シリンダ１４に供給される。

第１油圧ポンプ１２は、可変容量型の油圧ポンプである。第１油圧ポンプ１２の傾転角が制御されることにより、第１油圧ポンプ１２の容量が制御される。第１油圧ポンプ１２の傾転角は、第１ポンプ流量制御部２５によって制御される。第１ポンプ流量制御部２５は、ポンプコントローラ２４からの指令信号に基づいて、第１油圧ポンプ１２の傾転角を制御することにより、第１油圧ポンプ１２から吐出される作動油の流量を制御する。第１油圧ポンプ１２は、２方向吐出型の油圧ポンプである。具体的には、第１油圧ポンプ１２は、第１ポンプポート１２ａと第２ポンプポート１２ｂとを有する。第１油圧ポンプ１２は、第１吐出状態と第２吐出状態とに切り換え可能である。第１油圧ポンプ１２は、第１吐出状態では、第２ポンプポート１２ｂから作動油を吸入して第１ポンプポート１２ａから作動油を吐出する。第１油圧ポンプ１２は、第２吐出状態では、第１ポンプポート１２ａから作動油を吸入して第２ポンプポート１２ｂから作動油を吐出する。

第２油圧ポンプ１３は、可変容量型の油圧ポンプである。第２油圧ポンプ１３の傾転角が制御されることにより、第２油圧ポンプ１３の容量が制御される。第２油圧ポンプ１３の傾転角は、第２ポンプ流量制御部２６によって制御される。第２ポンプ流量制御部２６は、ポンプコントローラ２４からの指令信号に基づいて第２油圧ポンプ１３の傾転角を制御することにより、第２油圧ポンプ１３から吐出される作動油の流量を制御する。第２油圧ポンプ１３は、２方向吐出型の油圧ポンプである。具体的には、第２油圧ポンプ１３は、第１ポンプポート１３ａと第２ポンプポート１３ｂとを有する。第２油圧ポンプ１３は、第１油圧ポンプ１２と同様に、第１吐出状態と第２吐出状態とに切り換え可能である。第２油圧ポンプ１３は、第１吐出状態では、第２ポンプポート１３ｂから作動油を吸入して第１ポンプポート１３ａから作動油を吐出する。第２油圧ポンプ１３は、第２吐出状態では、第１ポンプポート１３ａから作動油を吸入して第２ポンプポート１３ｂから作動油を吐出する。

油圧シリンダ１４は、第１油圧ポンプ１２及び第２油圧ポンプ１３から吐出された作動油によって駆動される。上述したように、油圧シリンダ１４はブーム９０を駆動する。油圧シリンダ１４が伸長することにより、ブーム９０の先端が上昇する。すなわち、作業機２が上昇する。油圧シリンダ１４が収縮することにより、ブーム９０の先端が下降する。すなわち、作業機２が下降する。油圧シリンダ１４は、シリンダロッド１４ａとシリンダチューブ１４ｂとを有する。シリンダチューブ１４ｂの内部は、シリンダロッド１４ａによって第１室１４ｃと第２室１４ｄとに区画されている。油圧シリンダ１４は、第１室１４ｃと第２室１４ｄに対する作動油の供給と排出とが切り換えられることにより伸縮する。具体的には、第１室１４ｃに作動油が供給され、第２室１４ｄから作動油が排出されることによって、油圧シリンダ１４は伸張する。第２室１４ｄに作動油が供給され、第１室１４ｃから作動油が排出されることによって、油圧シリンダ１４は収縮する。

なお、シリンダロッド１４ａの第１室１４ｃにおける受圧面積は、シリンダロッド１４ａの第２室１４ｄにおける受圧面積よりも大きい。従って、油圧シリンダ１４を伸張させるときには、第２室１４ｄから排出される作動油よりも多量の作動油が第１室１４ｃに供給される。また、油圧シリンダ１４を収縮させるときには、第２室１４ｄに供給される作動油よりも多量の作動油が第１室１４ｃから排出される。

作動油流路１５は、第１油圧ポンプ１２と、第２油圧ポンプ１３と、油圧シリンダ１４とに接続されている。作動油流路１５は、第１流路１５ａと第２流路１５ｂとを有する。第１流路１５ａは、第１油圧ポンプ１２の第１ポンプポート１２ａと、油圧シリンダ１４の第１室１４ｃとを接続している。第２油圧ポンプ１３の第１ポンプポート１３ａは、第１流路１５ａに接続されている。第２流路１５ｂは、第１油圧ポンプ１２の第２ポンプポート１２ｂと、油圧シリンダ１４の第２室１４ｄとを接続している。第２油圧ポンプ１３の第２ポンプポート１３ｂは、作動油タンク２７に接続されている。

第１流路１５ａは、第１シリンダ流路３１と第１ポンプ流路３３とを有する。第２流路１５ｂは、第２シリンダ流路３２と第２ポンプ流路３４とを有する。第１シリンダ流路３１は、油圧シリンダ１４の第１室１４ｃに接続される。第２シリンダ流路３２は、油圧シリンダ１４の第２室１４ｄに接続される。第１ポンプ流路３３は、第１シリンダ流路３１を介して油圧シリンダ１４の第１室１４ｃに作動油を供給する、或いは、第１シリンダ流路３１を介して油圧シリンダ１４の第１室１４ｃから作動油を回収するための流路である。第１ポンプ流路３３は、第１油圧ポンプ１２の第１ポンプポート１２ａに接続される。また、第１ポンプ流路３３は、第２油圧ポンプ１３の第１ポンプポート１３ａに接続される。従って、第１ポンプ流路３３には、第１油圧ポンプ１２と第２油圧ポンプ１３との両方からの作動油が供給される。第２ポンプ流路３４は、第２シリンダ流路３２を介して油圧シリンダ１４の第２室１４ｄに作動油を供給する、或いは、第２シリンダ流路３２を介して油圧シリンダ１４の第２室１４ｄから作動油を回収するための流路である。

第２ポンプ流路３４は、第１油圧ポンプ１２の第２ポンプポート１２ｂに接続される。第２油圧ポンプ１３の第２ポンプポート１３ｂは、作動油タンク２７に接続される。従って、第２ポンプ流路３４には、第１油圧ポンプ１２からの作動油が供給される。以上のように、作動油流路１５は、第１流路１５ａと第２流路１５ｂとによって、メインポンプ１０と油圧シリンダ１４との間で閉回路を構成している。

油圧駆動システムは、チャージポンプ２８をさらに備える。チャージポンプ２８は、第１流路１５ａ又は第２流路１５ｂに作動油を補充するための油圧ポンプである。チャージポンプ２８は、エンジン１１によって駆動されることにより作動油を吐出する。チャージポンプ２８は、固定容量型の油圧ポンプである。作動油流路１５は、チャージ回路３５をさらに有する。チャージ回路３５は、チェック弁４１ａを介して第１ポンプ流路３３に接続されている。チェック弁４１ａは、第１ポンプ流路３３の油圧がチャージ回路３５の油圧よりも低くなったときに開かれる。チャージ回路３５は、チェック弁４１ｂを介して第２ポンプ流路３４に接続されている。チェック弁４１ｂは、第２ポンプ流路３４の油圧がチャージ回路３５の油圧よりも低くなったときに開かれる。また、チャージ回路３５は、チャージリリーフ弁４２を介して作動油タンク２７に接続されている。

チャージリリーフ弁４２は、チャージ回路３５の油圧を所定のチャージ圧に維持する。第１ポンプ流路３３又は第２ポンプ流路３４の油圧がチャージ回路３５の油圧よりも低くなると、チャージポンプ２８からの作動油がチャージ回路３５を介して第１ポンプ流路３３又は第２ポンプ流路３４に供給される。これにより、第１ポンプ流路３３及びは第２ポンプ流路３４の油圧が所定値以上に維持される。

作動油流路１５は、リリーフ流路３６をさらに有する。リリーフ流路３６は、チェック弁４１ｃを介して第１ポンプ流路３３に接続されている。チェック弁４１ｃは、第１ポンプ流路３３の油圧がリリーフ流路３６の油圧よりも高くなったときに開かれる。リリーフ流路３６は、チェック弁４１ｄを介して第２ポンプ流路３４に接続されている。チェック弁４１ｄは、第２ポンプ流路３４の油圧がリリーフ流路３６の油圧よりも高くなったときに開かれる。また、リリーフ流路３６は、リリーフ弁４３を介してチャージ回路３５に接続されている。リリーフ弁４３は、リリーフ流路３６の圧力を所定のリリーフ圧以下に維持する。これにより、第１ポンプ流路３３及び第２ポンプ流路３４の油圧が所定のリリーフ圧以下に維持される。

油圧駆動システムは、調整流路３７を有する。調整流路３７は、チャージ回路３５に接続されている。調整流路３７には、油圧シリンダ１４の微小速度制御時に、第１ポンプ流路３３及び第２ポンプ流路３４からの余剰な作動油が供給される。油圧シリンダ１４の微小速度制御については後に詳細に説明する。

第１制御弁１６は、ポンプコントローラ２４からの指令信号に基づいて制御される電磁制御弁である。第１制御弁１６は、スプールと、スプールが収容されるボディとを有する、いわゆるスプール弁である。第１制御弁１６は、ポンプコントローラ２４からの指令信号に基づいて、油圧シリンダ１４に供給される作動油の流量を制御する。第１制御弁１６は、作動油流路１５においてメインポンプ１０と油圧シリンダ１４との間に配置される。後述する油圧シリンダ１４の微小速度制御によって油圧シリンダ１４を伸張させるときには、第１制御弁１６は、第１ポンプ流路３３から油圧シリンダ１４に供給される作動油の流量と、第１ポンプ流路３３から調整流路３７に供給される作動油の流量とを制御する。また、微小速度制御によって油圧シリンダ１４を収縮させるときには、第１制御弁１６は、第２ポンプ流路３４から油圧シリンダ１４に供給される作動油の流量と、第２ポンプ流路３４から調整流路３７に供給される作動油の流量とを制御する。

なお、第１制御弁１６はパイロット油圧により制御される油圧制御弁であってもよい。この場合には、ポンプコントローラ２４と第１制御弁１６との間には電磁比例減圧弁が配置される。電磁比例減圧弁はポンプコントローラ２４からの指令信号により制御される。電磁比例減圧弁は指令信号に応じたパイロット油圧を第１制御弁１６へ供給する。第１制御弁１６はパイロット油圧により切換制御される。電磁比例減圧弁はパイロットポンプの吐出する作動油を減圧してパイロット油圧を発生させる。パイロットポンプの代わりにチャージポンプ２８の吐出する作動油を用いてもよい。

第１制御弁１６は、第１ポンプ用ポート１６ａと第１シリンダ用ポート１６ｂと第１調整用ポート１６ｃと第１バイパスポート１６ｄとを有する。第１ポンプ用ポート１６ａは、第１チェック弁４４を介して第１ポンプ流路３３に接続される。第１チェック弁４４は、作動油の流れを一方向に規制するチェック弁である。第１シリンダ用ポート１６ｂは、第１シリンダ流路３１に接続される。第１調整用ポート１６ｃは、調整流路３７に接続される。第１チェック弁４４は、第１制御弁１６によって作動油が第１ポンプ流路３３から第１シリンダ流路３１に供給される際に、第１ポンプ流路３３から第１シリンダ流路３１への作動油の流れを許容し、第１シリンダ流路３１から第１ポンプ流路３３への作動油の流れを禁止する。

第１制御弁１６は、第２ポンプ用ポート１６ｅと第２シリンダ用ポート１６ｆと第２調整用ポート１６ｇと第２バイパスポート１６ｈとをさらに有する。第２ポンプ用ポート１６ｅは、第２チェック弁４５を介して第２ポンプ流路３４に接続される。第２チェック弁４５は、作動油の流れを一方向に規制するチェック弁である。第２シリンダ用ポート１６ｆは、第２シリンダ流路３２に接続される。第２調整用ポート１６ｇは、調整流路３７に接続される。上述した第２チェック弁４５は、第１制御弁１６によって作動油が第２ポンプ流路３４から第２シリンダ流路３２に供給される際に、第２ポンプ流路３４から第２シリンダ流路３２への作動油の流れを許容し、第２シリンダ流路３２から第２ポンプ流路３４への作動油の流れを禁止する。

第１制御弁１６は、ボディ内のスプールを移動させることによって、第１位置状態Ｐ１と第２位置状態Ｐ２と中立位置状態Ｐｎとに切り換え可能である。第１制御弁１６は、第１位置状態Ｐ１では、第１ポンプ用ポート１６ａと第１シリンダ用ポート１６ｂとを連通させ、且つ、第２シリンダ用ポート１６ｆと第２バイパスポート１６ｈとを連通させる。従って、第１制御弁１６は、第１位置状態Ｐ１では、第１ポンプ流路３３を、第１チェック弁４４を介して第１シリンダ流路３１に接続し、且つ、第２シリンダ流路３２を、第２チェック弁４５を介さずに第２ポンプ流路３４に接続する。なお、第１制御弁１６が第１位置状態Ｐ１であるときには、第１バイパスポート１６ｄと第１調整用ポート１６ｃと第２ポンプ用ポート１６ｅと第２調整用ポート１６ｇとは、何れのポートに対しても遮断されている。

油圧シリンダ１４を伸張させるときには、第１油圧ポンプ１２と第２油圧ポンプ１３とが第１吐出状態で駆動されると共に、第１制御弁１６が第１位置状態Ｐ１に設定される。これにより、第１油圧ポンプ１２の第１ポンプポート１２ａと、第２油圧ポンプ１３の第１ポンプポート１３ａとから吐出された作動油が、第１ポンプ流路３３、第１チェック弁４４、第１シリンダ流路３１を通って、油圧シリンダ１４の第１室１４ｃに供給される。また、油圧シリンダ１４の第２室１４ｄの作動油が、第２シリンダ流路３２、第２ポンプ流路３４を通って、第１油圧ポンプ１２の第２ポンプポート１２ｂに回収される。これにより、油圧シリンダ１４が伸長する。

第１制御弁１６は、第２位置状態Ｐ２では、第２ポンプ用ポート１６ｅと第２シリンダ用ポート１６ｆとを連通させ、且つ、第１シリンダ用ポート１６ｂと第１バイパスポート１６ｄとを連通させる。従って、第１制御弁１６は、第２位置状態Ｐ２では、第１シリンダ流路３１を、第１チェック弁４４を介さずに第１ポンプ流路３３に接続し、且つ、第２ポンプ流路３４を、第２チェック弁４５を介して第２シリンダ流路３２に接続する。なお、第１制御弁１６が第２位置状態Ｐ２であるときには、第１ポンプ用ポート１６ａと第１調整用ポート１６ｃと第２バイパスポート１６ｈと第２調整用ポート１６ｇとは、何れのポートに対しても遮断されている。

油圧シリンダ１４を収縮させるときには、第１油圧ポンプ１２と第２油圧ポンプ１３とが第２吐出状態で駆動されると共に、第１制御弁１６が第２位置状態Ｐ２に設定される。これにより、第１油圧ポンプ１２の第２ポンプポート１２ｂから吐出された作動油が、第２ポンプ流路３４、第２チェック弁４５、第２シリンダ流路３２を通って、油圧シリンダ１４の第２室１４ｄに供給される。また、油圧シリンダ１４の第１室１４ｃの作動油が、第１シリンダ流路３１、第１ポンプ流路３３を通って、第１油圧ポンプ１２の第１ポンプポート１２ａ及び第２油圧ポンプ１３の第１ポンプポート１３ａに回収される。これにより、油圧シリンダ１４が収縮する。

第１制御弁１６は、中立位置状態Ｐｎでは、第１バイパスポート１６ｄと第１調整用ポート１６ｃとを連通させ、且つ、第２バイパスポート１６ｈと第２調整用ポート１６ｇとを連通させる。従って、第１制御弁１６は、中立位置状態Ｐｎでは、第１ポンプ流路３３を、第１チェック弁４４を介さずに調整流路３７に接続し、且つ、第２ポンプ流路３４を、第２チェック弁４５を介さずに調整流路３７に接続する。なお、第１制御弁１６が中立位置状態Ｐｎであるときには、第１ポンプ用ポート１６ａと第１シリンダ用ポート１６ｂと第２ポンプ用ポート１６ｅと第２シリンダ用ポート１６ｆとは、何れのポートに対しても遮断されている。

第１制御弁１６は、第１位置状態Ｐ１と中立位置状態Ｐｎとの間の任意の位置状態に設定されることができる。これにより、第１制御弁１６は、第１ポンプ流路３３から第１チェック弁４４を介して第１シリンダ流路３１に供給される作動油の流量と、第１ポンプ流路３３から調整流路３７に供給される作動油の流量とを制御することができる。すなわち、第１制御弁１６は、第１油圧ポンプ１２及び第２油圧ポンプ１３から油圧シリンダ１４の第１室１４ｃに供給される作動油の流量と、第１油圧ポンプ１２及び第２油圧ポンプ１３から調整流路３７に供給される作動油の流量とを制御することができる。

第１制御弁１６は、第２位置状態Ｐ２と中立位置状態Ｐｎとの間の任意の位置状態に設定されることができる。これにより、第１制御弁１６は、第２ポンプ流路３４から第２チェック弁４５を介して第２シリンダ流路３２に供給される作動油の流量と、第２ポンプ流路３４から調整流路３７に供給される作動油の流量とを制御することができる。すなわち、第１制御弁１６は、第１油圧ポンプ１２から油圧シリンダ１４の第２室１４ｄに供給される作動油の流量と、第１油圧ポンプ１２から調整流路３７に供給される作動油の流量とを制御することができる。

第２制御弁１７は、ポンプコントローラ２４からの指令信号に基づいて制御される電磁制御弁である。第２制御弁１７は、第１シリンダ流路３１に設けられている。第１シリンダ流路３１は、シリンダ側流路３１ａと制御弁側流路３１ｂとを有する。シリンダ側流路３１ａは、第１室１４ｃと第２制御弁１７とを接続する。制御弁側流路３１ｂは、第１制御弁１６と第２制御弁１７とを接続する。第２制御弁１７は、ポンプコントローラ２４からの指令信号に応じて、開状態Ｘ１と閉状態Ｙ１とに切り換えられる。第２制御弁１７は、開状態Ｘ１において、第１制御弁１６と第１室１４ｃとの間の作動油の流れを許容する。第２制御弁１７は、閉状態Ｙ１において、第１室１４ｃと第１制御弁１６との間の作動油の流れを禁止する。第２制御弁１７は、メイン部１８と、パイロット部１９とを有する。

なお、第２制御弁１７はパイロット油圧により制御される油圧制御弁であってもよい。この場合には、ポンプコントローラ２４と第２制御弁１７との間には電磁比例減圧弁が配置される。電磁比例減圧弁はポンプコントローラ２４からの指令信号により制御される。電磁比例減圧弁は指令信号に応じたパイロット油圧を第２制御弁１７へ供給する。第２制御弁１７はパイロット油圧により切換制御される。電磁比例減圧弁はパイロットポンプの吐出する作動油を減圧してパイロット油圧を発生させる。パイロットポンプの代わりにチャージポンプ２８の吐出する作動油を用いてもよい。

メイン部１８は、いわゆるポペット弁であり、図３に示すように、ボディ６１と弁体６２と弾性部材６３とを有する。ボディ６１は、第１室６４と、第２室６５と、第１パイロットポート６６と、第２パイロットポート６７と、第３パイロットポート６８と、弁座６９とを有する。第１室６４は、第１パイロットポート６６に連通している。第１パイロットポート６６は、制御弁側流路３１ｂに接続されている。第２パイロットポート６７は、シリンダ側流路３１ａに接続されている。第１室６４と第２パイロットポート６７との間の通路は、弁体６２によって開閉される。第２室６５は、第３パイロットポート６８に連通している。第１室６４と第２室６５との間は、弁体６２によって閉じられている。

弁体６２は、胴部７１と先端部７２とを有する。胴部７１は、第１室６４と第２室６５との間を閉じている。胴部７１は内部空間７３を有している。内部空間７３は第２室６５に連通している。弾性部材６３の一部は、内部空間７３に配置されている。先端部７２は、第１室６４に配置されている。先端部７２が弁座６９に接触することによって、第１室６４と第２パイロットポート６７との間の通路が閉じられる。先端部７２が弁座６９から離れることによって、第１室６４と第２パイロットポート６７との間の通路が開かれる。先端部７２は、内部通路７４を有する。内部通路７４は、第２パイロットポート６７と胴部７１の内部空間７３とに連通している。内部通路７４には、第１の絞り７５が設けられている。従って、第３パイロットポート６８は、第１の絞り７５を介してシリンダ側流路３１ａに接続されている。弾性部材６３は、弁体６２を弁座６９に押し付ける方向に付勢する。

メイン部１８は、制御弁側流路３１ｂの油圧Ｐ１によって弁体６２に作用する力と、シリンダ側流路３１ａの油圧Ｐ２によって弁体６２に作用する力と、第３パイロットポート６８の油圧Ｐ３によって弁体６２に作用する力と、弾性部材６３によって弁体６２に作用する力との釣り合いによって、閉状態Ｙ１から開状態Ｘ１に切り換わる。従って、弁体６２が弁座６９から離れて、第２制御弁１７は開状態Ｘ１となるときの条件（以下、「開弁条件」と呼ぶ）は、以下の数１式で表される。逆に、数１式の開弁条件が満たされないときには、弁体６２が弁座６９に接触して、第２制御弁１７は閉状態Ｙ１となる。

d1は、弁体６２の弁座６９と接触する部分の直径である。d2は、弁体６２の胴部７１の直径である。Fsは、弾性部材６３によって弁体６２に作用する力である。なお、第２制御弁１７が開状態Ｘ１とは、メイン部１８が開状態Ｘ１であること意味している。第２制御弁１７が閉状態Ｙ１とは、メイン部１８が閉状態Ｙ１であること意味している。

パイロット部１９は、ポンプコントローラ２４からの指令信号に基づいて制御される電磁制御弁である。パイロット部１９は、ポンプコントローラ２４からの指令信号に基づいて開状態Ｘ２と閉状態Ｙ２とに切り換えられる。パイロット部１９は、開状態Ｘ２において、メイン部１８の第３パイロットポート６８を、第２の絞り７６を介して作動油タンクに接続する。パイロット部１９は、閉状態Ｙ２において、メイン部１８の第３パイロットポート６８と作動油タンク２７との間を遮断する。

なお、パイロット部１９はパイロット油圧により切換られる油圧切換弁であってもよい。この場合には、ポンプコントローラ２４とパイロット部１９との間には電磁切換弁が配置される。電磁切換弁はポンプコントローラ２４からの指令信号により切り換えられてパイロット油圧をパイロット部１９へ供給する。パイロット部１９はパイロット油圧により切換制御される。電磁切換弁の元圧としてはパイロットポンプの吐出圧力が利用される。また、パイロットポンプの代わりにチャージポンプ２８の吐出圧力を元圧として利用してもよい。

ポンプコントローラ２４は、油圧シリンダ１４を伸長させるとき及び収縮させるときには、メイン部１８が開状態Ｘ１となるように、パイロット部１９を制御する。また、ポンプコントローラ２４は、油圧シリンダ１４を静止させるときには、メイン部１８が閉状態Ｙ１となるように、パイロット部１９を制御する。ポンプコントローラ２４による第２制御弁１７の制御については後に詳細に説明する。

油圧駆動システムは、操作装置４６をさらに備える。操作装置４６は、操作部材４６ａと、操作検出部４６ｂとを有する。操作部材４６ａは、油圧シリンダ１４の動作を操作するための部材である。例えば、操作部材４６ａは、ブーム操作レバーである。操作部材４６ａは、中立位置から油圧シリンダ１４を伸長させる方向と、油圧シリンダ１４を収縮させる方向との２方向に操作可能である。操作検出部４６ｂは、操作部材４６ａの操作量（以下「ブーム操作量」と呼ぶ）及び操作方向を検出する。操作検出部４６ｂは、例えば操作部材４６ａの位置を検出するセンサである。操作部材４６が中立位置に位置しているときには、ブーム操作量はゼロである。ブーム操作量及び操作方向を示す検出信号が、操作検出部４６ｂからポンプコントローラ２４に入力される。ポンプコントローラ２４は、ブーム操作量に応じて油圧シリンダ１４に供給される作動油の目標流量を演算する。

エンジンコントローラ２２は、燃料噴射装置２１を制御することによりエンジン１１の出力を制御する。エンジンコントローラ２２には、設定された目標エンジン回転速度および作業モードに基づいて設定されるエンジン出力トルク特性がマップ化されて記憶されている。エンジン出力トルク特性は、エンジン１１の出力トルクと回転速度との関係を示す。エンジンコントローラ２２は、エンジン出力トルク特性に基づいて、エンジン１１の出力を制御する。

ポンプコントローラ２４は、操作部材４６ａによって設定された目標流量が所定範囲内であるときには、第１制御弁１６によって油圧シリンダ１４へ供給される作動油の流量を制御する。また、ポンプコントローラ２４は、操作部材４６ａによって設定された目標流量が所定範囲より大きいときには、第１ポンプ流量制御部２５及び第２ポンプ流量制御部２６によって油圧シリンダ１４へ供給される作動油の流量を制御する。具体的には、ポンプコントローラ２４は、ブーム操作量が所定の微速操作範囲内であるときには、第１制御弁１６によって油圧シリンダ１４へ供給される作動油の流量を制御する。また、油圧シリンダ１４を伸張させる場合、ポンプコントローラ２４は、ブーム操作量が所定の微速操作範囲より大きいときには、第１ポンプ流量制御部２５及び第２ポンプ流量制御部２６によって油圧シリンダ１４へ供給される作動油の流量を制御する。油圧シリンダ１４を収縮させる場合、ポンプコントローラ２４は、ブーム操作量が所定の微速操作範囲より大きいときには、第１ポンプ流量制御部２５によって油圧シリンダ１４へ供給される作動油の流量を制御する。

所定の微速操作範囲は、上述した目標流量の所定範囲に対応する操作部材４６ａの操作範囲である。詳細には「所定の微速操作範囲」とは、油圧シリンダ１４を微小速度で制御するときの操作部材４６ａの操作範囲である。すなわち、「所定の微速操作範囲」とは、油圧ポンプの吐出流量の最小制御可能流量を下回るような微小流量の制御を必要とする操作部材４６ａの操作範囲である。例えば、所定の微速操作範囲は、中立位置から油圧シリンダ１４の伸長方向に最大操作量の１５〜２０％程度の範囲である。また、所定の微速操作範囲は、中立位置から油圧シリンダ１４の収縮方向に最大操作量の１５〜２０％程度の範囲である。以下、ブーム操作量が所定の微速操作範囲内であるときの油圧シリンダ１４の制御を「微小速度制御」と呼ぶ。また、ブーム操作量が所定の微速操作範囲より大きいときの油圧シリンダ１４の制御を「通常制御」と呼ぶ。なお、以下の説明では、油圧シリンダ１４を伸長させるときの制御について説明する。

油圧シリンダ１４の微小速度制御時には、ポンプコントローラ２４は、第１制御弁１６を制御することにより、油圧シリンダ１４への作動油の流量を制御する。ブーム操作量が所定の微速操作範囲より小さいときは、ポンプコントローラ２４は、第１制御弁１６を中立位置状態Ｐｎに設定する。このため、ブーム操作量が所定の微速操作範囲より小さいときには、第１ポンプ流路３３と第１シリンダ流路３１との間の開口面積はゼロである。また、ブーム操作量が大きくなるほど、第１ポンプ流路３３と調整流路３７との間の開口面積が小さくなるように、第１制御弁１６が制御される。なお、ブーム操作量がゼロであるときには、ポンプコントローラ２４は、第１油圧ポンプ１２の傾転角と第２油圧ポンプ１３の傾転角とをゼロにする。

ブーム操作量が所定の微速操作範囲内であるときには、ポンプコントローラ２４は、第１制御弁１６を第１位置状態Ｐ１と中立位置状態Ｐｎとの間で制御する。具体的には、ブーム操作量が所定の微速操作範囲内であるときには、ブーム操作量が大きくなるほど、第１ポンプ流路３３と第１シリンダ流路３１との間の開口面積が大きくなるように、第１制御弁１６が制御される。また、ブーム操作量が大きくなるほど、第１ポンプ流路３３と調整流路３７との間の開口面積が小さくなるように、第１制御弁１６が制御される。また、ブーム操作量が微速操作範囲の最大操作量のときに第１ポンプ流路３３と調整流路３７との間の開口面積がゼロになるように、第１制御弁１６が制御される。

さらに、ブーム操作量が所定の微速操作範囲内であるときには、第１油圧ポンプ１２と第２油圧ポンプ１３との合計吐出流量は、所定の吐出流量に維持される。具体的には、第１油圧ポンプ１２と第２油圧ポンプ１３との合計吐出流量が所定の吐出流量に維持されるように、第１油圧ポンプ１２と第２油圧ポンプ１３とが所定の傾転角に維持される。所定の吐出流量は、ブーム操作量に対応した目標流量よりも大きい。従って、第１油圧ポンプ１２及び第２油圧ポンプ１３からの作動油は、油圧シリンダ１４と調整流路３７とに分流して供給される。すなわち、第１油圧ポンプ１２及び第２油圧ポンプ１３からの作動油のうち、油圧シリンダ１４の微小速度制御に必要な流量の作動油が、第１シリンダ流路３１を介して、油圧シリンダ１４に供給される。また、余剰な作動油が、調整流路３７を介してチャージ回路３５に送られる。余剰な作動油は、チャージ回路３５から第１ポンプ流路３３又は第２ポンプ流路３４に戻されるか、或いは、チャージリリーフ弁４２を介して作動油タンク２７へ送られる。

油圧シリンダ１４の通常制御時には、ポンプコントローラ２４は、第１ポンプ流量制御部２５と第２ポンプ流量制御部２６とを制御することにより、油圧シリンダ１４への作動油の流量を制御する。具体的には、ポンプコントローラ２４は、ブーム操作量が所定の微速操作範囲より大きいときには、第１制御弁１６を第１位置状態Ｐ１に設定する。従って、第１ポンプ流路３３と調整流路３７との間の開口面積がゼロにされる。すなわち、第１ポンプ流路３３と調整流路３７との間が閉鎖される。また、ポンプコントローラ２４は、ブーム操作量が所定の微速操作範囲より大きいときには、第１ポンプ流路３３と第１シリンダ流路３１との間の開口面積を全開にする。また、ブーム操作量が所定の微速操作範囲より大きいときには、第１油圧ポンプ１２と第２油圧ポンプ１３の合計吐出流量が、ブーム操作量に対応した目標流量になるように、第１ポンプ流量制御部２５と第２ポンプ流量制御部２６とが制御される。これにより、第１ポンプ流路３３から第１制御弁１６に送られる作動油の全量が、油圧シリンダ１４に供給される。

油圧シリンダ１４の通常制御時には、ポンプコントローラ２４は、ポンプ吸収トルク特性に基づいて第１油圧ポンプ１２の吸収トルクと第２油圧ポンプ１３の吸収トルクが制御されるように、第１油圧ポンプ１２の吐出流量と第２油圧ポンプ１３の吐出流量とを制御する。ポンプ吸収トルク特性は、ポンプ吸収トルクとエンジン回転速度との関係を示す。ポンプ吸収トルク特性は、作業モードや運転状況に基づいて予め設定されており、ポンプコントローラ２４に記憶されている。

以上、油圧シリンダ１４が伸張する場合のポンプコントローラ２４による制御について説明したが、油圧シリンダ１４が収縮する場合のポンプコントローラ２４による制御も上記と同様である。ただし、油圧シリンダ１４が収縮する場合には、油圧シリンダ１４には、第２油圧ポンプ１３からの作動油が供給されずに第１油圧ポンプ１２からの作動油が供給される。従って、油圧シリンダ１４が収縮する場合の通常制御時には、第１油圧ポンプ１２から吐出された作動油が第２ポンプ流路３４及び第２シリンダ流路３２を介して油圧シリンダ１４に供給される。このとき、ポンプコントローラ２４は、第１ポンプ流量制御部２５を制御することにより、第１油圧ポンプ１２の吐出流量を制御する。

また、油圧シリンダ１４が収縮する場合の微小速度制御時には、第１油圧ポンプ１２から吐出された作動油の一部が第２ポンプ流路３４及び第２シリンダ流路３２を介して油圧シリンダ１４に供給される。また、第１油圧ポンプ１２から吐出された作動油のうち余剰な作動油が、調整流路３７を介してチャージ流路３５に送られる。このとき、ポンプコントローラ２４は、流量制御弁１６を制御することにより、第１油圧ポンプ１２から油圧シリンダ１４に供給される作動油の流量と、第１油圧ポンプ１２から調整流路３７に供給される作動油の流量とを制御する。

次に、ポンプコントローラ２４による第２制御弁１７の制御について説明する。ポンプコントローラ２４は、油圧シリンダ１４を伸長させるときには、パイロット部１９を閉状態Ｙ２とする。油圧シリンダ１４を伸長させるときには、作動油が、第１油圧ポンプ１２及び第２油圧ポンプ１３から第１ポンプ流路３３と第１制御弁１６と制御弁側流路３１ｂとを通って、第２制御弁１７の第１パイロットポート６６に送られる。このとき、第２パイロットポート６７の油圧Ｐ２と第３パイロットポート６８の油圧Ｐ３とは、ほぼ等しい。このため、数１式の開弁条件は、以下の数２式のように表せる。

弾性部材６３によって弁体６２に作用する力Ｆｓは、油圧シリンダ１４を伸長させるときの油圧による力と比べて十分に小さい。従って、数２式においてＦＳを含む項を省略して、開弁条件は、以下の数３式のように表せる。

従って、制御弁側流路３１ｂの油圧がシリンダ側流路３１ａの油圧よりも大きくなったときに、第２制御弁１７が開状態Ｘ１となる。これにより、作動油が、第１シリンダ流路３１を通って油圧シリンダ１４の第１室１４ｃに作動油が供給される。そして、油圧シリンダ１４の第２室１４ｄから排出された作動油が、第２シリンダ流路３２と第１制御弁１６と第２ポンプ流路３４とを通って、第１油圧ポンプ１２に戻る。

ポンプコントローラ２４は、油圧シリンダ１４を収縮させるときには、パイロット部１９を開状態Ｘ２とする。油圧シリンダ１４を収縮させるときには、作動油が、第１油圧ポンプ１２から第２ポンプ流路３４と第１制御弁１６と第２シリンダ流路３２とを通って油圧シリンダ１４の第２室１４ｄに供給される。そして、油圧シリンダ１４の第１室１４ｃから排出された作動油が、第２制御弁１７の第２パイロットポート６７に供給される。また、作動油は、第１の絞り７５を通って第３パイロットポート６８へ送られる。そして、作動油は、第２の絞り７６を通って作動油タンク２７に送られる。

このため、第３パイロットポート６８の油圧Ｐ３は、第１の絞り７５の開度と第２の絞り７６との開度とに応じて定められる。第１の絞り７５の開度と第２の絞り７６との開度とは、パイロット部１９が開状態Ｘ２であるときに上述した数１式の開弁状態を満たすように予め設定されている。このため、油圧シリンダ１４を収縮させるときには、パイロット部１９を開状態Ｘ２とすることにより、メイン部１８が開状態Ｘ１となる。これにより、油圧シリンダ１４の第１室１４ｃから排出された作動油が、第１シリンダ流路３１と第１制御弁１６と第１ポンプ流路３３とを通って、第１油圧ポンプ１２に戻る。

ポンプコントローラ２４は、油圧シリンダ１４を静止させているときには、パイロット部１９を閉状態Ｙ２とする。すなわち、ポンプコントローラ２４は、第１制御弁１６を中立位置状態Ｐｎに設定しているときには、パイロット部１９を閉状態Ｙ２とする。上述したように、パイロット部１９が閉状態Ｙ２であるときには、開弁条件は上記の数３式のように表せる。

第１制御弁１６が中立位置状態Ｐｎに設定された瞬間には、パイロット部１９を閉状態Ｙ２とすることによって、メイン部１８も閉状態Ｙ１となる。油圧シリンダ１４の第１室１４ｃに保持圧が発生しているときには、メイン部１８の弁座６９部からの作動油の漏れにより、制御弁側流路３１ｂ内にはシリンダ側流路３１ａから保持圧が供給される。一方、制御弁側流路３１ｂ内の作動油は、第１制御弁１６のスプールクリアランスから漏れる。ここで、ポペット弁であるメイン部１８での漏れ量はスプール弁である第１制御弁１６での漏れ量に比べて大幅に少ない。このため、制御弁側流路３１ｂ内の圧力は次第に低下してシリンダ側流路３１ａの油圧よりも低くなる。従って、シリンダ側流路３１ａの油圧は、制御弁側流路３１ｂの油圧よりも大きい。すなわち、第２パイロットポート６７の油圧Ｐ２は、第１パイロットポート６６の油圧Ｐ１よりも大きい。従って、数３式の開弁条件は満たされないので、メイン部１８は、閉状態Ｙ１に維持される。メイン部１８はポペット弁であるため、スプール弁である第１制御弁１６と比べて、作動油の漏れが大幅に少ない。このため、油圧シリンダ１４の第１室１４ｃに保持圧が発生していても、作業機２の下降を抑えることができる。

２．第２実施形態
本発明の第２実施形態に係る油圧駆動システムを図４に示す。第２実施形態に係る油圧駆動システムは、第１実施形態の油圧駆動システムのエンジン１１に代えて、電動モータ６０を備えている。また、第２実施形態に係る油圧駆動システムでは、第１油圧ポンプ１２及び第２油圧ポンプ１３は、固定容量型のポンプである。回転速度センサ２３は、電動モータ６０の実回転速度を検出する。ポンプコントローラ２４は、電動モータ６０の回転速度を制御することにより、第１油圧ポンプ１２及び第２油圧ポンプ１３からの吐出流量を制御する。第２実施形態に係る油圧駆動システムの他の構成は、第１実施形態に係る油圧駆動システムの構成と同様である。また、第２実施形態に係る油圧駆動システムにおける第２制御弁１７の制御についても、第１実施形態に係る油圧駆動システムと同様である。第２実施形態に係る油圧駆動システムにおいても、第１実施形態に係る油圧駆動システムと同様の効果を奏することができる。

３．第３実施形態
本発明の第３実施形態に係る油圧駆動システムを図５に示す。第３実施形態に係る油圧駆動システムでは、第１実施形態の油圧駆動システムにおいて第２油圧ポンプ１３が省略されている。従って、メインポンプ１０は、１つの油圧ポンプ（第１油圧ポンプ１２）によって構成されている。また、第３実施形態に係る油圧駆動システムは、シャトル弁５１を備えている。

シャトル弁５１は、第１入力ポート５１ａと、第２入力ポート５１ｂと、ドレンポート５１ｃと、第１受圧部５１ｄと、第２受圧部５１ｅとを有する。第１入力ポート５１ａは、第１流路１５ａに接続される。第２入力ポート５１ｂは、第２流路１５ｂに接続されている。具体的には、第１入力ポート５１ａは、第１ポンプ流路３３に接続されている。第２入力ポート５１ｂは、第２ポンプ流路３４に接続されている。ドレンポート５１ｃは、ドレン流路５２に接続されている。ドレン流路５２は、調整流路３７を介してチャージ回路３５に接続されている。第１受圧部５１ｄは、第１パイロット流路５３を介して、第１流路１５ａに接続されている。これにより、第１受圧部５１ｄには、第１流路１５ａの油圧が印加される。第１パイロット流路５３には、絞り５４が配置されている。第２受圧部５１ｅは、第２パイロット流路５５を介して、第２流路１５ｂに接続される。これにより、第２受圧部５１ｅには、第２流路１５ｂの油圧が印加される。第２パイロット流路５５には、絞り５６が配置されている。

シャトル弁５１は、第１流路１５ａの油圧と第２流路１５ｂの油圧とに応じて、第１位置状態Ｑ１と第２位置状態Ｑ２と中立位置状態Ｑｎとに切り換えられる。シャトル弁５１は、第１位置状態Ｑ１において、第２入力ポート５１ｂとドレンポート５１ｃとを連通させる。これにより、第２流路１５ｂがドレン流路５２に接続される。シャトル弁５１は、第２位置状態Ｑ２において、第１入力ポート５１ａとドレンポート５１ｃとを連通させる。これにより、第１流路１５ａがドレン流路５２に接続される。シャトル弁５１は、中立位置状態Ｑｎにおいて、第１入力ポート５１ａと第２入力ポート５１ｂとドレンポート５１ｃとの間を閉塞する。

シャトル弁５１は、スプール５７と、第１弾性部材５８と、第２弾性部材５９とを有する。第１弾性部材５８は、第１受圧部５１ｄ側から第２受圧部５１ｅ側に向かってスプール５７を押圧する。第２弾性部材５９は、第２受圧部５１ｅ側から第１受圧部５１ｄ側に向かってスプール５７を押圧する。第１弾性部材５８は自然長よりも圧縮された状態で、スプール５７に取り付けられている。第１弾性部材５８は、スプール５７が中立位置であるときにスプール５７を押圧するように取り付けられている。第２弾性部材５９は自然長よりも圧縮された状態で、スプール５７に取り付けられている。第２弾性部材５９は、スプール５７が中立位置であるときにスプール５７を押圧するように取り付けられている。

第１受圧部５１ｄの受圧面積と第２受圧部５１ｅの受圧面積との比は、第１室１４ｃの受圧面積と第２室６５１４ｄの受圧面積との比に等しい。例えば、第１室１４ｃの受圧面積と第２室１４ｄの受圧面積との比が２：１であるときには、第１受圧部５１ｄの受圧面積と第２受圧部５１ｅの受圧面積との比は、２：１である。

第１流路１５ａの油圧によって第１受圧部５１ｄに加えられる力が、第２流路１５ｂの油圧によって第２受圧部５１ｅに加えられる力よりも大きいときには、シャトル弁５１は、第１位置状態Ｑ１となる。これにより、第２流路１５ｂとドレン流路５２とが接続される。その結果、第２流路１５ｂの作動油の一部が、ドレン流路５２及び調整流路３７を介してチャージ回路３５へ流れる。第２流路１５ｂの油圧によって第２受圧部５１ｅに加えられる力が、第１流路１５ａの油圧によって第１受圧部５１ｄに加えられる力よりも大きいときには、シャトル弁５１は、第２位置状態Ｑ２となる。これにより、第１流路１５ａとドレン流路５２とが接続される。その結果、第１流路１５ａの作動油の一部が、ドレン流路５２及び調整流路３７を介してチャージ回路３５へ流れる。

第３実施形態に係る油圧駆動システムの他の構成は、第１実施形態に係る油圧駆動システムの構成と同様である。また、第３実施形態に係る油圧駆動システムにおける第２制御弁１７の制御についても、第１実施形態に係る油圧駆動システムと同様である。

次に、第３実施形態に係る油圧駆動システムにおける作業機２の下降時の作動油の流れの一例について、図５に基づいて説明する。なお、第１室１４ｃの受圧面積と第２室１４ｄの受圧面積との比が２：１であるものとする。

第１油圧ポンプ１２の第２ポンプポート１２ｂからの作動油の吐出流量が“１．０”である場合、第２シリンダ流路３２から第２室１４ｄへの流入流量は“１．０”である。このとき、第１室１４ｃから第１シリンダ流路３１への排出流量は、“２．０”である。“２．０”の作動油は、第１シリンダ流路３１と第１制御弁１６とを通り、第１ポンプ流路３３に送られる。しかし、第１油圧ポンプ１２の吐出流量は“１．０”であるため、“２．０”の作動油の全てを吸入することはできない。このため、第２室１４ｄ内の油圧は、第１室１４ｃ内の油圧よりも大きくなる。従って、第２流路１５ｂの油圧は第１流路１５ａの油圧よりも大きくなる。このため、シャトル弁５１は、第２位置状態Ｑ２となる。

これにより、第１流路１５ａとドレン流路５２とが接続される。その結果、第１流路１５ａの作動油のうち“１．０”の作動油が、ドレン流路５２と調整流路３７とチャージ回路３５とリリーフ弁４２とを通って作動油タンク２７へ流れる。そして、残りの“１．０”の作動油が、第１ポンプ流路３３を通って第１油圧ポンプ１２の第１ポンプポート１２ａに戻る。

第３実施形態に係る油圧駆動システムにおいても、第１実施形態に係る油圧駆動システムと同様の効果を奏することができる。

４．第４実施形態
本発明の第４実施形態に係る油圧駆動システムを図６に示す。第４実施形態に係る油圧駆動システムは、第３実施形態の油圧駆動システムのエンジン１１に代えて、電動モータ６０を備えている。また、第４実施形態に係る油圧駆動システムでは、第１油圧ポンプ１２は、固定容量型のポンプである。回転速度センサ２３は、電動モータ６０の実回転速度を検出する。ポンプコントローラ２４は、電動モータ６０の回転速度を制御することにより、第１油圧ポンプ１２からの吐出流量を制御する。第４実施形態に係る油圧駆動システムの他の構成は、第３実施形態に係る油圧駆動システムの構成と同様である。また、第４実施形態に係る油圧駆動システムにおける第２制御弁１７の制御についても、第３実施形態に係る油圧駆動システムと同様である。第４実施形態に係る油圧駆動システムにおいても、第３実施形態に係る油圧駆動システムと同様の効果を奏することができる。

５．第２制御弁の変形例
第１実施形態の第２制御弁１７は、第２〜第４実施形態の油圧駆動システムに適用されてもよい。ただし、第２制御部の構成は、第１実施形態の第２制御弁１７の構成に限られず、変更されてもよい。変形例に係る第２制御弁１７’の構成を図７に示す。第２制御弁１７’では、第１実施形態の第２制御弁１７と比べて、第１パイロットポート６６の位置と、第２パイロットポート６７の位置とが入れ替わっている。すなわち、第２パイロットポート６７がメイン部１８の第１室６４と連通している。第１室６４と第１パイロットポート６６との間の通路は、弁体６２によって開閉される。第２制御弁１７’の他の構成は、第１実施形態の第２制御弁１７の構成と同様である。このような第２制御弁１７’が、第１〜第４実施形態の油圧駆動システムにおいて、第２制御弁１７に代えて用いられてもよい。

以上、本発明の一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るものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

油圧駆動システムは、油圧ショベルのブームを駆動するためのシステムに限らず、他の作業車両の作業機を駆動するためのシステムであってもよい。例えば、油圧駆動システムは、ホイールローダのリフトアームを駆動するシステムであってもよい。或いは、油圧駆動システムは、ブルドーザのブレードを駆動するシステムであってもよい。

パイロット部１９は、第１制御弁１６と同様のスプール弁であってもよい。パイロット部１９がスプール弁であっても、メイン部１８及び第１制御弁１６と比べて小型であるため、パイロット部１９での作動油の漏れは大幅に少ない。或いは、パイロット部１９は、メイン部１８と同様のポペット弁であってもよい。

上記の実施形態において、微小速度制御が省略されてもよい。

本発明によれば、作業機の位置エネルギーの回生ができると共に、保持圧による作業機の下降を抑えることができる油圧駆動システムを提供することができる。

１１ エンジン
１２ 第１油圧ポンプ
１２ａ 第１ポンプポート
１２ｂ 第２ポンプポート
１４ 油圧シリンダ
１４ｃ 第１室
１４ｄ 第２室
１５ 作動油流路
１６ 第１制御弁
１７ 第２制御弁
３１ 第１シリンダ流路
３２ 第２シリンダ流路
３３ 第１ポンプ流路
３４ 第２ポンプ流路

Claims (3)

1. 第１ポンプポートと第２ポンプポートとを有し、前記第２ポンプポートから作動油を吸入して前記第１ポンプポートから作動油を吐出する状態と、前記第１ポンプポートから作動油を吸入して前記第２ポンプポートから作動油を吐出する状態と、に切り換え可能な油圧ポンプと、
   前記油圧ポンプを駆動する駆動源と、
   作業機と、
   前記油圧ポンプから吐出された作動油によって駆動され、第１室と第２室とを有し、前記第１室から作動油が排出され、且つ、前記第２室に作動油が供給されることによって収縮して前記作業機を下降させ、前記第１室に作動油が供給され、且つ、前記第２室から作動油が排出されることによって伸長して前記作業機を上昇させる油圧シリンダと、
   前記第１ポンプポートに接続される第１ポンプ流路と、前記第２ポンプポートに接続される第２ポンプ流路と、前記第１室に接続される第１シリンダ流路と、前記第２室に接続される第２シリンダ流路とを有し、前記油圧ポンプと前記油圧シリンダとの間で閉回路を構成する作動油流路と、
   前記第１ポンプ流路から前記第１シリンダ流路への作動油の流れを許容し、前記第１シリンダ流路から前記第１ポンプ流路への作動油の流れを禁止する第１チェック弁と、
   前記第２ポンプ流路から前記第２シリンダ流路への作動油の流れを許容し、前記第２シリンダ流路から前記第２ポンプ流路への作動油の流れを禁止する第２チェック弁と、
   前記作動油流路において前記油圧ポンプと前記油圧シリンダとの間に配置され、第１位置状態と第２位置状態と中立位置状態とに切換可能なスプール弁であり、前記第１位置状態では、前記第１ポンプ流路を前記第１チェック弁を介して前記第１シリンダ流路に接続し、且つ、前記第２シリンダ流路を前記第２チェック弁を介さずに前記第２ポンプ流路に接続し、前記第２位置状態では、前記第１シリンダ流路を前記第１チェック弁を介さずに前記第１ポンプ流路に接続し、且つ、前記第２ポンプ流路を前記第２チェック弁を介して前記第２シリンダ流路に接続し、前記中立位置状態では、前記第１ポンプ流路と前記第２ポンプ流路と前記第１シリンダ流路と前記第２シリンダ流路との間を遮断する第１制御弁と、
   作動油タンクと、
   前記第１シリンダ流路に設けられ、弁体と弁座とを有し、前記弁体が前記弁座から離れた開状態となることによって前記第１制御弁と前記第１室との間の作動油の流れを許容し、前記弁体が前記弁座に接触した閉状態となることによって前記第１室と前記第１制御弁との間の作動油の流れを禁止するメイン部と、前記メイン部のパイロットポートを前記作動油タンクに接続する開状態と、前記メイン部の前記パイロットポートと前記作動油タンクとの間を遮断する閉状態とに切り換えられるパイロット部と、を有する第２制御弁と、
   前記第２制御弁を制御するポンプコントローラと、
   を備え、
   前記第１シリンダ流路は、前記第２制御弁よりも前記油圧シリンダ側に位置するシリンダ側流路と、前記第２制御弁よりも前記第１制御弁側に位置する制御弁側流路とを有し、
   前記パイロット部が開状態である場合には、前記メイン部が開状態となり、
   前記パイロット部が閉状態である場合には、前記制御弁側流路の油圧が前記シリンダ側流路の油圧よりも大きいときに前記メイン部が開状態となり、前記シリンダ側流路の油圧が前記制御弁側流路の油圧よりも大きいときに前記メイン部が閉状態となり、
   前記ポンプコントローラは、
   前記油圧シリンダを収縮させるときには、前記パイロット部を開状態とし、
   前記油圧シリンダを伸長させるときには、前記パイロット部を閉状態とし、
   前記油圧シリンダを静止させるときには、前記パイロット部を閉状態とする、
   油圧駆動システム。
2. 前記駆動源は、エンジンであり、
   前記油圧ポンプは、可変容量型ポンプである、
   請求項１に記載の油圧駆動システム。
3. 前記駆動源は、電動モータであり、
   前記油圧ポンプは、固定容量型ポンプである、
   請求項１に記載の油圧駆動システム。

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