JP6601835B2 - 流体圧回路および作業機械 - Google Patents

Description

本発明は、アキュムレータを備えた流体圧回路およびその流体圧回路を搭載した作業機械に関する。

作業機械において、ブーム下げ時にブーム用油圧シリンダから吐出される圧油をアキュムレータに蓄圧するとともに、旋回の加減速時に旋回用油圧モータからリリーフされる圧油も上記アキュムレータに蓄圧するようにしている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−８４８８８号公報

ところで、作業機械においては、窪みや軟弱地盤から脱出する場合、あるいは下部走行体に泥や砂利などが詰まったときに下部走行体（クローラ）を片方ずつ持上げて空回りさせるような場合に、バケットを接地させた状態でブームを機体に対して相対的に下降させることで機体前部を持上げる、いわゆる機体持上げ操作を行うことがある。このような機体持上げ操作では、ブーム下げ操作時と同様にブーム用油圧シリンダを収縮させるが、機体重量に抗してブーム用油圧シリンダを収縮させるため、大きな推力が必要になる。しかしながら、上記のように単にブーム下げ時に圧油をアキュムレータに蓄圧する制御とした場合には、必要な推力を得ることが容易でない。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、流体圧シリンダのヘッド側から押し出された作動流体を有効利用してアキュムレータに蓄圧させつつ、収縮負荷が大きい場合には流体圧シリンダの収縮に必要な推力を簡素な構成で容易に得ることができる流体圧回路および作業機械を提供することを目的とする。

請求項１に記載された発明は、操作体の操作に応じてポンプから加圧供給された作動流体により同一動作を同時作動することで作業装置を上下動する複数の流体圧シリンダと、作動流体により蓄圧されるアキュムレータと、一の流体圧シリンダのヘッド側とアキュムレータとの連通量を操作体の操作量に応じて変化させる第１のバルブを備え、この第１のバルブを介して一の流体圧シリンダのヘッド側から押し出された作動流体をアキュムレータに蓄圧させる蓄圧回路と、少なくともいずれかの流体圧シリンダの軸力が所定以上であるときに複数の流体圧シリンダのロッド側間およびヘッド側間をそれぞれ連通し、流体圧シリンダの軸力が所定未満で蓄圧回路によりアキュムレータに蓄圧させるときに複数の流体圧シリンダのヘッド側間の連通を遮断するとともに複数の流体圧シリンダのうち他の流体圧シリンダのヘッド側と一および他の流体圧シリンダのそれぞれのロッド側とを連通する第２のバルブと、少なくともいずれかの流体圧シリンダの軸力が所定以上であるときに第１のバルブとタンクとを連通して作動流体をタンクに戻す第３のバルブと、この第３のバルブにより第１のバルブとタンクとを連通した状態でポンプから加圧供給された作動流体を複数の流体圧シリンダのロッド側に供給するメインバルブとを具備した流体圧回路である。

請求項２に記載された発明は、請求項１記載の流体圧回路において、少なくともいずれかの流体圧シリンダのヘッド圧とロッド圧との差により流体圧シリンダの軸力を検出する検出部を具備した流体圧回路である。

請求項３に記載された発明は、請求項１または２記載の流体圧回路において、第２のバルブを備え、この第２のバルブを介して、他の流体圧シリンダのヘッド側から押し出された作動流体を一および他の流体圧シリンダに再生する再生回路を具備した流体圧回路である。

請求項４に記載された発明は、機体と、機体に搭載された作業装置と、作業装置を上下動する複数の流体圧シリンダに対して設けられた請求項１乃至３いずれか記載の流体圧回路とを具備した作業機械である。

請求項１記載の発明によれば、流体圧シリンダの軸力が所定未満となる収縮負荷が小さい場合には、一の流体圧シリンダのヘッド側から押し出された作動流体を蓄圧回路の第１のバルブにより有効利用してアキュムレータに蓄圧させつつ、第２のバルブにより複数の流体圧シリンダのヘッド側間の連通を遮断するとともに複数の流体圧シリンダのうち他の流体圧シリンダのヘッド側と一および他の流体圧シリンダのそれぞれのロッド側とを連通させて他の流体圧シリンダのヘッド側を蓄圧回路から切離すとともに、少なくともいずれかの流体圧シリンダの軸力が所定以上となる収縮負荷が大きい場合には、第２のバルブによって複数の流体圧シリンダのロッド側間およびヘッド側間をそれぞれ連通するとともに第３のバルブにより第１のバルブとタンクとを連通して作動流体をタンクに戻し、かつ、ポンプから加圧供給された作動流体をメインバルブにより複数の流体圧シリンダのロッド側に供給するので、流体圧シリンダのロッド側とヘッド側との差圧を拡大して、作業装置を上下動させる流体圧シリンダの収縮に必要な推力を簡素な構成で容易に得ることができる。

請求項２記載の発明によれば、少なくともいずれかの流体圧シリンダのヘッド圧とロッド圧との差により流体圧シリンダの軸力を容易に検出できる。

請求項３記載の発明によれば、蓄圧回路と再生回路とを切離して、一の流体圧シリンダのヘッド側から押し出された作動流体を第１のバルブによりアキュムレータに蓄圧すると同時に、他の流体圧シリンダのヘッド側から押し出された作動流体を第２のバルブにより一および他の流体圧シリンダのロッド側に再生するので、アキュムレータに蓄圧しているときのポンプの再生流量を抑制でき、簡素な構成で必要なポンプ流量を容易に確保できる。

請求項４記載の発明によれば、作業機械の作業装置を下降させる際には一の流体圧シリンダのヘッド側から押し出された作動流体を蓄圧回路の第１のバルブにより有効利用してアキュムレータに蓄圧させつつ、作業装置を機体に対して相対的に下降させる機体持上げ時などの流体圧シリンダの軸力が所定以上となる収縮負荷が大きい場合には必要な推力を簡素な構成で容易に得ることができる。

本発明に係る流体圧回路の一実施の形態の切替状態を示す回路図である。 同上回路の他の切替状態を示す回路図である。 同上回路のさらに他の切替状態を示す回路図である。 同上回路のさらに他の切替状態を示す回路図である。 同上回路の第１のバルブの制御アルゴリズムを模式的に示す説明図である。 同上回路の第２のバルブの制御アルゴリズムを模式的に示す説明図である。 同上回路の第３のバルブの制御アルゴリズムを模式的に示す説明図である。 同上回路の機体持上げ判定のアルゴリズムを模式的に示す説明図である。 同上回路のポンプの流量制御アルゴリズムの一部を模式的に示す説明図である。 同上回路のポンプの流量制御アルゴリズムの他の一部を模式的に示す説明図である。 同上回路のエンジンパワーアシスト機能の制御アルゴリズムを模式的に示す説明図である。 同上流体圧回路を備えた作業機械を示す斜視図である。

以下、本発明を、図１乃至図１２に示された一実施の形態に基いて詳細に説明する。

図１２に示されるように、作業機械としての油圧ショベルHEは、機体１が下部走行体２とその上に旋回モータ3mにより旋回可能に設けられた上部旋回体３とにより形成され、この上部旋回体３上にエンジンおよびポンプなどが搭載された機械室４と、オペレータを保護するキャブ５と、作業装置６とが搭載されている。

この作業装置６は、２本並列された流体圧シリンダとしてのブームシリンダ7c1，7c2により上下方向に回動されるブーム７の基端が上部旋回体３に軸支され、ブーム７の先端にスティックシリンダ8cにより前後方向に回動されるスティック８が軸支され、このスティック８の先端にバケットシリンダ9cにより回動されるバケット９が軸支されている。２本のブームシリンダ7c1，7c2は、共通のブーム７に対して並設され、同一動作を同時作動する。

図１乃至図４は、作業装置６が有する位置エネルギを、ブームシリンダ7c1を介してアキュムレータに蓄えるとともに上部旋回体３が有する運動エネルギを、旋回モータ3mを介してアキュムレータに蓄えてエンジンパワーのアシストに利用するエンジンパワーアシストシステムを示す。

次に、このシステムの回路構成を説明する。

機械室４内の搭載エンジン11により駆動されるポンプとしてのメインポンプ12，13のメインポンプシャフト14にアシストモータ15を直結またはギヤなどを介して連結し、メインポンプ12，13およびアシストモータ15は、ポンプ／モータ容量（ピストンストローク）を角度により可変調整することが可能な斜板を備え、その斜板角（傾転角）はレギュレータ16，17，18により制御するとともに斜板角センサ16φ，17φ，18φにより検出し、レギュレータ16，17，18は、電磁弁により制御する。例えば、メインポンプ12，13のレギュレータ16，17は、ネガティブフローコントロール通路19ncで導かれたネガティブフローコントロール圧（いわゆるネガコン圧）によって自動的に制御可能であるとともに、流量制御弁としてのネガティブフローコントロール弁19の電磁式切替弁19a，19bによってネガコン圧以外の信号でも制御可能である。

メインポンプ12，13は、タンク21から吸い上げた作動流体としての作動油を通路22，23に吐出し、それらのポンプ吐出圧は圧力センサ24，25により検出する。メインポンプ12，13に接続した方向制御および流量制御用のパイロット式制御弁のうち、ブームシリンダ7c1，7c2を制御するメインバルブであるブーム用制御弁26から引き出した一方の出力通路27およびサブのブーム用制御弁28から引き出した出力通路29を、通路30によって複合弁としてのブームエネルギ・リカバリ弁31に接続する。

このブームエネルギ・リカバリ弁31は、図１乃至図３に示される蓄圧回路Ａ、再生回路Ｂおよびブリードオフ回路Ｃと、図４に示されるブーム上げ操作時にメインポンプ12，13から加圧供給された作動油を２つのブームシリンダ7c1，7c2のヘッド側に導く回路とを切替える複数の回路機能を、単一ブロック内に組み込んだ複合弁である。

このブームエネルギ・リカバリ弁31に一方のブームシリンダ7c1のヘッド側端から引き出した通路32をドリフト低減弁33を経て通路34により接続し、他方のブームシリンダ7c2のヘッド側端から引き出した通路35をドリフト低減弁36を経て通路37により接続する。メインのブーム用制御弁26から引き出した他方の出力通路38は、ブームエネルギ・リカバリ弁31の再生回路Ｂに接続する。ブームシリンダ7c1，7c2の各ロッド側は、通路39，40によりブームエネルギ・リカバリ弁31に接続する。ドリフト低減弁33，36は、それぞれ図示しないパイロット弁によりスプリング室内のパイロット圧を制御することで、ポート間の開閉および開度を制御する。

メインのブーム用制御弁26から引き出した一方の出力通路27は、電磁式切替弁42および逆止弁43を介して他方の出力通路38に連通可能とする。

また、アシストモータ15の吐出側は、吐出通路44を介してタンク21に接続する。さらに、アシストモータ15の吸込側には、複数のアキュムレータである第１のアキュムレータ46を設けたアキュムレータ通路47から、リリーフ弁48および逆止弁49を経てタンク通路50と、電磁式切替弁51を経て吸込側通路52とを接続する。アキュムレータ通路47には、第１のアキュムレータ46に蓄圧された圧力を検出する圧力センサ55を接続する。また、タンク通路50は、タンク通路56からスプリング付き逆止弁57を経て、さらにオイルクーラ58またはスプリング付き逆止弁59を経てタンク21に接続する。そして、これら第１のアキュムレータ46、アキュムレータ通路47、リリーフ弁48、電磁式切替弁51および圧力センサ55は、単一ブロック内に組み込まれてアキュムレータブロック60を構成している。

ブームエネルギ・リカバリ弁31は、蓄圧回路Ａの一部を構成する第１のバルブとしての制御弁61と、再生回路Ｂの一部を構成する第２のバルブとしてのブーム回路切替弁であるメイン制御弁62と、ブリードオフ回路Ｃの一部を構成する第３のバルブとしてのブリードオフ弁63とを備えている。これら弁61〜63は、例えばキャブ５（図１２）内などのオペレータによって操作される図示しない操作体であるレバーの操作により動作される電磁式切替弁によってパイロット圧の給排を制御することで切替わるパイロット操作式のものが用いられるが、図面上は説明をより明確にするために電磁比例方向制御弁として図示する。

制御弁61は、逆止弁67を経て第１のアキュムレータ46（アキュムレータブロック60）に接続する通路68と、通路34との連通および遮断を切替えることで、ブームシリンダ7c1からの第１のアキュムレータ46の蓄圧を許容する流量制御弁である。この制御弁61は、通常のシリンダ（ブームシリンダ7c1，7c2など）からタンク21へと戻すよりも作動油を大きく流せるバルブであり、第１のアキュムレータ46に圧油を溜めることを優先したものとなっている。

メイン制御弁62は、通路71と通路72との関係、通路73と通路74との関係、および、通路75および通路76との関係をそれぞれ切替えることで、ブームシリンダ7c1とブームシリンダ7c2とを蓄圧用シリンダと自己再生用シリンダとに分離するものである。すなわち、このメイン制御弁62は、制御弁61の切替えによって第１のアキュムレータ46に蓄圧するときに、ブームシリンダ7c1，7c2のヘッド側間の連通を遮断するとともにブームシリンダ7c2のヘッド側とブームシリンダ7c1，7c2のそれぞれのロッド側とを連通するように構成されている。

通路71には、通路30が逆止弁78を経て接続し、通路72は、通路37および通路30から分岐する通路79と接続し、通路73は、通路72から分岐され、通路74は、逆止弁80を経て通路40と接続し、通路75は、出力通路38および通路39と接続し、通路76は、通路40から分岐される。

ブリードオフ弁63は、制御弁61すなわち通路68に対して逆止弁67の上流側から分岐する通路82とタンク21に連通する通路83との関係を切替えるものである。このブリードオフ弁63は、制御弁61と連動し、制御弁61の切替え初動時、あるいは、機体１（図１２）の持上げ（バケット９を接地させた状態でブーム７を機体１に対して相対的に下降させることで機体１の前部を持上げる動作）時に制御弁61とタンク21とを連通し、制御弁61の切替え状態中、例えば初動から所定の短時間（例えば０．５ｓ）経過後などの所定条件時に制御弁61とタンク21との間を遮断するように構成されている。

図２および図３に示されるように、蓄圧回路Ａは、一方のブームシリンダ7c1のヘッド側端より引き出された通路32からドリフト低減弁33および通路34を経て、ブームエネルギ・リカバリ弁31内の制御弁61、逆止弁67を経て、通路68から第１のアキュムレータ46に至る回路であり、ブームシリンダ7c1のヘッド側から押し出された作動油を第１のアキュムレータ46に蓄圧させる機能を有する。

また、再生回路Ｂは、他方のブームシリンダ7c2のヘッド側端より引き出された通路35からドリフト低減弁36および通路37を経て、ブームエネルギ・リカバリ弁31内の通路73、メイン制御弁62、通路74、逆止弁80および通路40を経て他方のブームシリンダ7c2のロッド側端に至るとともに、通路35からドリフト低減弁36および通路37を介して、ブームエネルギ・リカバリ弁31内の通路73、メイン制御弁62、通路74、逆止弁80、通路76、メイン制御弁62、通路75および通路39を経て一方のブームシリンダ7c1のロッド側端に至る回路であり、ブームシリンダ7c2のヘッド側から押し出された作動油をブームシリンダ7c1，7c2のそれぞれのロッド側に再生する機能を有する。

また、ブリードオフ回路Ｃは、蓄圧回路Ａから分岐され、ブームエネルギ・リカバリ弁31内の制御弁61、通路82、ブリードオフ弁63および通路83を介してタンク21に至る回路であり、制御弁61初動時、すなわちブームシリンダ7c1，7c2の収縮初動時、換言すればブーム下げ操作初動時、あるいは、機体１（図１２）の持上げ時にブームシリンダ7c1のヘッド側から押し出された作動油をタンク21へと戻す機能を有する。

また、前記旋回モータ3mの旋回方向および速度を制御する旋回用制御弁91と旋回モータ3mとを接続するモータ駆動回路Ｄの通路92，93間に、相互に逆向きのリリーフ弁94，95および逆止弁97，98を設け、これらのリリーフ弁94，95間および逆止弁97，98間に、モータ駆動回路Ｄから排出された油をタンク21に戻すタンク通路機能と、モータ駆動回路Ｄに作動油を補充することが可能なメイクアップ機能とを有するメイクアップ通路99を接続し、このメイクアップ通路99は、圧油を供給する第２のアキュムレータ100に接続する。そして、このメイクアップ通路99から、スプリング付き逆止弁57のスプリング付勢圧を超えない圧力で、逆止弁97，98を経て通路92，93のバキューム発生のおそれのある側に作動油を補充する。

さらに、モータ駆動回路Ｄの通路92，93を、逆止弁102，103を経て旋回エネルギ回収用の通路104に連通し、この通路104を、出口側の背圧によって入口側の元圧が変化しにくいシーケンス弁105を経て通路106に接続し、この通路106が第１のアキュムレータ46および通路68に接続する。

以上のような回路構成において、各々の斜板角センサ16φ，17φ，18φ、圧力センサ24，25，55は、検出した斜板角信号および圧力信号を検出部および機体持上げ判断部の機能を有する車載コントローラCR（図１２）に入力し、また、各弁42，51は、車載コントローラCR（図１２）から出力された駆動信号によりオン・オフ動作または駆動信号に応じた比例動作で切替わる。また、ブーム用制御弁26，28、旋回用制御弁91および図示しない他の油圧アクチュエータ用制御弁（走行モータ用、スティックシリンダ用、バケットシリンダ用など）は、キャブ５（図１２）内などのオペレータによりレバー操作またはペダル操作される手動操作弁いわゆるリモコン弁によってパイロット操作され、ドリフト低減弁33，36の図示しないパイロット弁も連動してパイロット操作される。

以下に、上記車載コントローラCR（図１２）によって制御される内容を機能的に説明する。

図２および図３は、ブーム７（図１２）を下降させるブーム下げ操作時の回路状態を示し、作業装置６（図１２）の荷重などにより一方のブームシリンダ7c1のヘッド側から押し出された作動油は、通路32およびドリフト低減弁33を経て通路34からブームエネルギ・リカバリ弁31の連通位置に切替えた制御弁61から、初動時には連通位置に切替えたブリードオフ弁63によりタンク21に戻す（図２）とともに、所定時間経過後などの所定条件時に遮断位置にブリードオフ弁63が遮断位置に切替わることで制御弁61から逆止弁67を経て通路68に連通され、通路68から第１のアキュムレータ46に蓄圧させる（図３）。

このとき、制御弁61は、レバーの操作量、すなわちこの操作量により設定されるパイロット圧と、圧力センサ55により検出した第１のアキュムレータ46のアキュムレータ圧とに応じて一方のブームシリンダ7c1のヘッド側と第１のアキュムレータ46側との連通量を切替える。具体的に、レバーの操作量により設定されるパイロット圧に対して所定のテーブル（変換器）T1により補正を行うとともに、アキュムレータ圧に対して所定のテーブル（変換器）T2により補正を行い、これらの積算結果を、制御弁61を動作させる出力とする。さらに具体的に、本実施の形態では、図５に示されるように、テーブルT1では、レバーの操作量により設定されるパイロット圧が相対的に小さいときにはその入力圧の増加量に対して出力圧の増加量が相対的に大きくなり、レバーの操作量により設定されるパイロット圧が所定の閾値TH1を超えた領域では入力圧の増加量に対する出力圧の増加量が閾値TH1以下のときよりも抑制され、さらに所定の閾値TH1より大きい所定の閾値TH2を超えた領域では出力圧が一定に設定される。また、テーブルT2では、アキュムレータ圧が所定の閾値TH3以下の領域では、アキュムレータ圧の増加量に対してゲインが増加し、アキュムレータ圧が所定の閾値TH3を超えた領域ではゲインが一定（例えば１）に設定される。このとき、逆止弁78により、この作動油がブーム用制御弁26側に戻ることはない。

また、ブーム下げ操作としては、単なる積込作業、クレーン作業、あるいはブーム７（図１２）の空中降下などの他に、バケット９（図１２）を接地させた状態でブーム７（図１２）を機体１（図１２）に対して相対的に下降させて機体１（図１２）の前部を持上げる、機体持上げ操作も含まれる。このような機体持上げ操作の場合には、後述するように、メイン制御弁62、ブリードオフ弁63およびブーム用制御弁26の動作を、その他のブーム下げ操作の場合とは異ならせることができる（図１）。

具体的に、上記車載コントローラCR（図１２）は、図８に示されるように、ブームシリンダ7c1，7c2の少なくともいずれか、例えばブームシリンダ7c1のヘッド圧とロッド圧とを圧力センサ（図示せず）により検出し、これらヘッド圧とロッド圧とのそれぞれに基づき、算出器C1，C2によりブームシリンダ7c1のヘッド側荷重とロッド側荷重とを算出するとともに、これらの差から軸力を算出して、この軸力が所定の閾値（例えば７０〜１００ｋＮなど）以上である場合に、機体持上げ操作であると判定し、機体持上げフラグをオンすなわち１に設定し、その他の場合には機体持上げフラグをオフすなわち０に設定する。

そして、ブリードオフ弁63は、レバーの操作量、すなわちこの操作量により設定されるパイロット圧と、圧力センサ55により検出した第１のアキュムレータ46のアキュムレータ圧と、上記機体持上げフラグ（機体持上げ操作であるかどうか）とに応じて制御弁61とタンク21との連通量を切替える。具体的に、図７に示されるように、機体持上げフラグが０（オフ）のときには、レバーの操作量により設定されるパイロット圧に応じて所定のテーブル（変換器）T3により設定されるベース圧力と、タイマカウンタTC1によりカウントされるブーム下げ操作の開始時の所定の短時間、例えば１０ｍｓの間の経過時間に応じてブーム下げ加速用の所定のテーブル（変換器）T4により設定されるゲインと、アキュムレータ圧に応じて所定のテーブル（変換器）T5により設定されるゲインとの積算値を、ブリードオフ弁63を動作させる出力とし、機体持上げフラグが１（オン）のときには、ブリードオフ弁63を全開させる所定の出力（例えば４０００ｋＰａ）とする。テーブルT3では、レバーの操作量により設定されるパイロット圧が所定の閾値TH4以下の領域ではその増加量に対して出力圧の増加量が相対的に大きくなり、所定の閾値TH4を超えた領域では入力圧の増加量に対する出力圧の増加量が閾値TH4以下のときよりも抑制され、さらに所定の閾値TH4より大きい所定の閾値TH5を超えた領域では出力圧が一定に設定される。テーブルT4では、タイマカウンタTC1によりカウントされる時間の経過に比例してゲインが増加し、所定の閾値TH6を超えこの所定の閾値TH6より大きい所定の閾値TH7以下の時間ではゲインが一定に設定され、所定の閾値TH7を超えた時間では所定の時間、例えば０．５ｍｓまで、時間の経過に比例してゲインが減少する。また、テーブルT5では、アキュムレータ圧の増加量に対してゲインが一定に設定される。

同時に、メイン制御弁62は、機体持上げ操作以外のブーム下げ操作時には、他方のブームシリンダ7c2のヘッド側から押し出された作動油を、通路35およびドリフト低減弁36を経て通路37からブームエネルギ・リカバリ弁31のメイン制御弁62で通路73から通路74へと方向制御し、さらに逆止弁80および通路40を経て他方のブームシリンダ7c2のロッド側に再生させるとともに、逆止弁80を経て通路76へと分岐した作動油をメイン制御弁62内の逆止弁を経て通路75へと方向制御し、通路39を経て一方のブームシリンダ7c1のロッド側にも再生させる。また、メイン制御弁62は、機体持上げ操作時には、ブームシリンダ7c1，7c2のヘッド側間およびロッド側間をそれぞれ連通させ、ブーム用制御弁26を介してメインポンプ12から供給された作動油をブームシリンダ7c1，7c2のそれぞれのロッド側に供給するとともに、ブームシリンダ7c1，7c2のヘッド側から押し出された作動油を、制御弁61、通路82およびブリードオフ弁63および通路83を経てタンク21に戻す。

すなわち、メイン制御弁62は、レバーの操作量、すなわちこの操作量により設定されるパイロット圧と、機体持上げフラグとに応じて動作量が変化する。具体的に、機体持上げフラグが０（オフ）の時には、レバーの操作量により設定されるパイロット圧に対して所定のテーブル（変換器）T6により補正を行って、メイン制御弁62を動作させる出力とする。さらに具体的に、本実施の形態では、図６に示されるように、図５のテーブルT1と同様のテーブルT6では、レバーの操作量により設定されるパイロット圧の入力圧と出力圧が設定され、基本的にはブーム下げ操作を検知すると即座に切替わる。なお、他方のブームシリンダ7c2のヘッド側から押し出された作動油の余剰流量は、通路37から通路79および通路30を経て、ブーム用制御弁26からタンク21へと戻す。また、機体持上げフラグが１（オン）の時には、機体１（図１２）を持上げるために、蓄圧用のブームシリンダ7c1と、再生用のブームシリンダ7c2との分離を解除し、メイン制御弁62によりブームシリンダ7c1，7c2のヘッド側同士とブームシリンダ7c1，7c2のロッド側同士とをそれぞれ僅かに連通するようにメイン制御弁62を動作させる所定の出力（機体持上げ圧力）とする。

このように、ブームエネルギ・リカバリ弁31は、制御弁61とメイン制御弁62とにより、機体持上げ操作以外のブーム下げ操作時には第１のアキュムレータ46への蓄圧と、ブームシリンダ7c1，7c2のロッド側への再生とを同時に行ない、機体持上げ操作時には、第１のアキュムレータ46への蓄圧およびブームシリンダ7c1，7c2のロッド側への再生を停止する。

また、機体持上げ操作を含むブーム下げ操作時にメインポンプ12から吐出された作動油の一部は、ブーム用制御弁26を経て、出力通路38から通路39を介してブームシリンダ7c1のロッド側へと供給する。このとき、ブーム用制御弁26は、ブリードオフ弁63と連動し、このブリードオフ弁63が連通位置となってブームシリンダ7c1のヘッド側から押し出された作動油が制御弁61を介してブリードオフ回路Ｃからタンク21へと戻されるときに、出力通路38および通路39を経てブームシリンダ7c1のロッド側に作動油を供給させるとともに、ブリードオフ弁63が遮断位置になると流量を絞る、または遮断位置となる。

また、ブーム用制御弁26により制御されるメインポンプ12からブームシリンダ7c1（およびブームシリンダ7c2）へのポンプ流量は、レバーの操作量、すなわちこの操作量により設定されるパイロット圧と、第１のアキュムレータ46のアキュムレータ圧と、機体持上げフラグとに応じて、ネガティブフローコントロール弁19の電磁式切替弁19aによって設定される。具体的に、本実施の形態では、図９に示されるように、このポンプ流量は、レバーの操作量により設定されるパイロット圧に応じて所定のテーブル（変換器）T7により設定される流量と、タイマカウンタTC2によりカウントされるブーム下げ操作の開始時の所定の短時間、例えば１０ｍｓの間の経過時間に応じて所定のテーブル（変換器）T8により設定される流量との最小値と、タイマカウンタTC2によりカウントされるブーム下げ操作の開始時の所定の短時間、例えば１０ｍｓの間の経過時間に応じて所定のテーブル（変換器）T9により設定される加速流量とレバーの操作量により設定されるパイロット圧に応じて所定のテーブル（変換器）T10により設定されるゲインとの積算値との大きい方をベース流量として設定する。テーブルT7では、レバーの操作量により設定されるパイロット圧が所定の閾値TH8以下の領域では流量が一定に設定され、パイロット圧が所定の閾値TH8を超えこの所定の閾値TH8より大きい所定の閾値TH9以下の領域ではその増加に比例して流量が減少し、所定の閾値TH9を超えた領域では流量が一定に設定される。テーブルT8では、タイマカウンタTC2によりカウントされる時間の経過に比例して流量が増加し、所定の閾値TH10を超えた時間では流量が一定に設定される。テーブルT9では、タイマカウンタTC2によりカウントされる時間の経過に比例して流量が増加し、所定の閾値TH11を超えこの所定の閾値TH11より大きい所定の閾値TH12以下の時間では流量が一定に設定され、所定の閾値TH12を超えた時間では時間の経過に比例して流量が減少する。テーブルT10では、レバーの操作量により設定されるパイロット圧が相対的に小さいときにはその増加に比例してゲインが増加し、所定の閾値TH13を超えた領域では一定（例えば１）に設定される。

そして、図１０に示されるように、機体持上げフラグが０（オフ）のときには、上記のベース流量に対して、アキュムレータ圧に応じて所定のテーブル（変換器）T11により設定されるゲインを積算した流量がブーム下げ単独操作時の上記のポンプ流量として設定されるとともに、スティックイン、スティックアウト、バケットインおよびバケットアウトのそれぞれのレバー操作がブーム下げ操作と同時に行われたときには、これらの操作により設定されるパイロット圧に応じて所定のテーブル（変換器）T12〜T15により設定される流量を加算する。また、機体持上げフラグが１（オン）のときには、所定の機体持上げ流量をブーム下げ単独操作時のポンプ流量として設定し、スティックイン、スティックアウト、バケットインおよびバケットアウトのそれぞれのレバー操作がブーム下げ操作と同時に行われたときには、これらの操作により設定されるパイロット圧に応じて所定のテーブルT12〜T15により設定される流量を加算する。テーブルT11では、アキュムレータ圧が所定の閾値TH14以下ではゲインが一定（例えば１）に設定され、この所定の閾値TH14を超えた領域では、アキュムレータ圧が相対的に小さいときにはその増加量に対してゲインの増加量が相対的に大きく、アキュムレータ圧が所定の閾値TH14を超えこの所定の閾値TH14より大きい所定の閾値TH15以下の領域ではアキュムレータ圧の増加量に対するゲインの増加量が閾値TH14以下のときよりも抑制され、さらに所定の閾値TH15より大きい所定の閾値TH16を超えた領域ではゲインが一定（１より大）に設定される。また、テーブルT12〜T15では、レバーの操作量により設定されるパイロット圧が所定の閾値TH17以下の領域ではその増加量に対して流量の増加量が相対的に大きくなり、パイロット圧が所定の閾値TH17を超えこの所定の閾値TH17よりも大きい所定の閾値TH18以下の領域ではパイロット圧の増加量に対する流量の増加量が閾値TH17以下のときよりも抑制され、さらに所定の閾値TH18を超えた領域では流量が一定に設定される。これらテーブルT12〜T15は同一のテーブルでもよいし、閾値TH17および閾値TH18の数値などが互いに異なるテーブルでもよい。

また、図４は、ブーム７（図１２）を上昇させるブーム上げ操作時の回路状態を示し、このブーム上げ操作時のブームエネルギ・リカバリ弁31は、制御弁61を遮断位置へと切替えるとともにメイン制御弁62を切替えて、第１のアキュムレータ46への蓄圧と、ブームシリンダ7c1，7c2のロッド側への再生とを停止し、メインポンプ12，13からブーム用制御弁26，28を経て通路30に供給された作動油を、通路79から通路37、ドリフト低減弁36および通路35を経て他方のブームシリンダ7c2のヘッド側に導くとともに、逆止弁78から通路34、ドリフト低減弁33および通路32を経て一方のブームシリンダ7c1のヘッド側に導く。また、ブームシリンダ7c1のロッド側から押し出された作動油は、通路39および出力通路38からブーム用制御弁26を経てタンク21へと戻し、ブームシリンダ7c2のロッド側から押し出された作動油は、通路40および通路76を経てメイン制御弁62で通路75へと方向制御され、出力通路38からブーム用制御弁26を経てタンク21へと戻す。

また、上記のブーム下げ操作およびブーム上げ操作時などには、それぞれメインポンプシャフト14に直結またはギヤを介して連結したモータ機能を有するアシストモータ15を、図４に示されるように油圧モータとして機能させてエンジン負荷を低減する、エンジンパワーアシストを行うことができる。例えばブーム下げ操作時には、制御弁61を介して蓄圧された第１のアキュムレータ46のアキュムレータ圧が所定の第１の閾値圧以上であることを圧力センサ55により検出した場合にエンジンパワーアシストを行い、ブーム下げ操作時以外、例えばブーム上げ操作時などには、第１のアキュムレータ46のアキュムレータ圧が上記の所定の第１の閾値圧と異なる所定の第２の閾値圧以上であることを圧力センサ55により検出した場合にエンジンパワーアシストを行う。このエンジンパワーアシストの際には、電磁式切替弁51を連通位置に切替えて、第１のアキュムレータ46に蓄圧されたエネルギでアシストモータ15を回転させ、メインポンプ12，13の油圧出力をアシストしてエンジン負荷を低減する。なお、機体１を持上げている場合には、アシストモータ15によるエンジンパワーアシストをしない。

具体的に、図１１に示されるように、機体持上げフラグが０（オフ）のときには、ブーム下げ操作時（ブーム下げ単独状態）と、ブーム下げ操作以外の操作時（ブーム下げ以外の状態）とに応じて０と１とに設定されるフラグと、ブーム下げ操作以外の操作時に対応する所定のテーブル（変換器）T16によりアキュムレータ圧に応じて設定されるフラグとの論理積と、ブーム下げ操作時に対応する所定のテーブル（変換器）T17によりアキュムレータ圧に応じて設定されるフラグとの論理和が出力され、このフラグがオンすなわち１のときに電磁式切替弁51が連通位置となる。また、機体持上げフラグが１（オン）のときにはフラグ０が出力されて電磁式切替弁51が遮断位置となる。テーブルT16では、所定の閾値TH19とこの所定の閾値TH19より大きい所定の閾値TH20が設定され、アキュムレータ圧が増加するときには閾値TH20以上となったときにフラグが０から１に切替わり、アキュムレータ圧が減少するときには閾値TH19以下となったときにフラグが１から０に切替わる。また、テーブルT17では、所定の閾値TH20よりも大きい所定の閾値TH21とこの所定の閾値TH21より大きい所定の閾値TH22が設定され、アキュムレータ圧が増加するときには閾値TH22以上となったときにフラグが０から１に切替わり、アキュムレータ圧が減少するときには閾値TH21以下となったときにフラグが１から０に切替わる。したがって、これらテーブルT16，T17は、アキュムレータ圧の増減に対して閾値が異なる、いわゆるヒステリシスを有して設定されている。

このように、エンジンパワーアシスト機能は、一方のブームシリンダ7c1のヘッド側から第１のアキュムレータ46に蓄圧されたエネルギによってアシストモータ15を回転させることで、このアシストモータ15によりメインポンプシャフト14を介して連結された搭載エンジン11の負荷を低減させる。

この結果、例えば機体持上げ操作以外のブーム下げ操作時には、制御弁61を連通位置に切替え、メイン制御弁62をブームシリンダ7c1，7c2のヘッド側間の連通を遮断するとともにブームシリンダ7c2のヘッド側とブームシリンダ7c1，7c2のそれぞれのロッド側とを連通する位置に切替えて蓄圧回路Ａおよび再生回路Ｂを形成する第１シーケンスと、この第１シーケンスに続き、ブリードオフ弁63を連通位置に切替えてブリードオフ回路Ｃを介してタンク21へと作動油を戻すとともにブーム用制御弁26によりメインポンプ12から作動油をブームシリンダ7c1のロッド側に供給してブームシリンダ7c1，7c2の収縮すなわちブーム下げを加速する短時間の第２シーケンス（図２）と、この第２シーケンスに続き、ブリードオフ弁63を遮断位置に切替え、制御弁61から第１のアキュムレータ46に蓄圧するとともに、ブーム用制御弁26を介してブームシリンダ7c1のロッド側への作動油の供給を短時間増加させた後に絞る第３シーケンス（図３）と、この第３シーケンスに続き、第１のアキュムレータ46に蓄圧しつつ、電磁式切替弁51を連通位置に切替えてこの蓄圧されたエネルギの余剰分を利用してアシストモータ15を回転させる第４シーケンスとが設定される。

また、機体持上げ操作時には、メイン制御弁62をブームシリンダ7c1，7c2のヘッド側間およびロッド側間をそれぞれ連通する位置に切替えるとともにブリードオフ弁63を連通位置に切替えて、第１のアキュムレータ46への蓄圧を解除するとともにブームシリンダ7c1，7c2のヘッド側同士およびロッド側同士を連通してヘッド側から押し出された作動油をブリードオフ回路Ｃによってタンク21に戻し、かつ、ブーム用制御弁26を介してメインポンプ12からブームシリンダ7c1，7c2のロッド側に所定の機体持上げ流量の作動油を供給し、電磁式切替弁51を遮断位置に切替えてエンジンパワーアシスト機能を停止する（図１）。

そして、上記のように、ブームシリンダ7c1のヘッド側から押し出された作動油を蓄圧回路Ａの制御弁61により有効利用して第１のアキュムレータ46に蓄圧させつつ、ブームシリンダ7c1，7c2の少なくともいずれか、本実施の形態では双方の軸力が所定以上となる収縮負荷が大きい場合には、メイン制御弁62によってブームシリンダ7c1，7c2のロッド側間およびヘッド側間をそれぞれ連通するとともに、ブリードオフ弁63を大きく開けて制御弁61とタンク21とを連通し作動油をタンク21に戻してヘッド圧を低下させ、かつ、メインポンプ12から加圧供給された作動油をブーム用制御弁26によりブームシリンダ7c1，7c2のロッド側に供給するので、ブームシリンダ7c1，7c2のそれぞれのロッド側とヘッド側との差圧を拡大して、作業装置６を上下動させるブームシリンダ7c1，7c2の収縮に必要な推力を簡素な構成で容易に得ることができ、機体１に対して作業装置６を相対的に下降させることで機体１を効果的に持上げることができるとともに、この機体持上げ操作の操作性を向上できる。

また、蓄圧回路Ａと再生回路Ｂとを切離して、油圧ショベルHEの作業装置６を下降させる際、ブームシリンダ7c1のヘッド側から押し出された作動油を制御弁61により第１のアキュムレータ46に蓄圧すると同時に、ブームシリンダ7c2のヘッド側から押し出された作動油をメイン制御弁62によりブームシリンダ7c1，7c21のロッド側に再生するので、第１のアキュムレータ46に蓄圧しているときのメインポンプ12の再生流量を抑制でき、簡素な構成で他の油圧アクチュエータで必要とするメインポンプ流量を含む必要なポンプ流量を容易に確保できるとともにメインポンプ12，13を小型化できる。

さらに、片側のブームシリンダ7c1のヘッド側の油の一部を第１のアキュムレータ46への蓄圧に回すことで、すなわち作業装置６の荷重を２本のブームシリンダ7c1，7c2に分散させるのではなく、１本のブームシリンダ7c1に集中させることで、エネルギ密度を増すことができ、ブームシリンダ7c1から発生する圧力を高めて、第１のアキュムレータ46への蓄圧エネルギを増すことができ、言い換えれば、第１のアキュムレータ46やアシストモータ15などのコンポーネントを小型化でき、コストを抑えられ、レイアウトが容易になる。

また、少なくともいずれかのブームシリンダ7c1，7c2のヘッド圧とロッド圧との差によりブームシリンダ7c1，7c2の軸力を検出することで、この軸力を容易に検出できる。

さらに、制御弁61が、レバーの操作量と第１のアキュムレータ46のアキュムレータ圧とに応じてブームシリンダ7c1のヘッド側と第１のアキュムレータ46との連通量を変化させるので、ブーム下げ操作の操作性を犠牲にすることなくより適切に第１のアキュムレータ46に蓄圧し、操作性とエネルギ蓄圧とを同時に満たすことができるとともに、ブームシリンダ7c1のロッド側へと効果的に作動油を再生して、ブームシリンダ7c1のロッド側へとメインポンプ12，13から吐出する作動油の流量を低減でき、必要なポンプ流量をより容易に確保できる。

また、複数の回路機能を単一ブロックに集約させたブームエネルギ・リカバリ弁31により、レイアウトが容易となり、組立工数の低減によるコスト低減が可能となる。

さらに、一方のブームシリンダ7c1に荷重を集中させることで、第１のアキュムレータ46の蓄圧エネルギを増すことができ、小型のアキュムレータで大きなアシストができるため、コストを抑え、機体レイアウトをコンパクトにまとめることができる。

本発明は、流体圧回路または作業機械を製造、販売などする事業者にとって産業上の利用可能性がある。

Ａ 蓄圧回路
Ｂ 再生回路
CR 検出部の機能を有する車載コントローラ
HE 作業機械としての油圧ショベル
１ 機体
６ 作業装置
7c1，7c2 流体圧シリンダとしてのブームシリンダ
12，13 ポンプとしてのメインポンプ
21 タンク
26 メインバルブであるブーム用制御弁
46 アキュムレータである第１のアキュムレータ
61 第１のバルブとしての制御弁
62 第２のバルブとしてのメイン制御弁
63 第３のバルブとしてのブリードオフ弁

Claims (4)

1. 操作体の操作に応じてポンプから加圧供給された作動流体により同一動作を同時作動することで作業装置を上下動する複数の流体圧シリンダと、
   作動流体により蓄圧されるアキュムレータと、
   一の流体圧シリンダのヘッド側とアキュムレータとの連通量を操作体の操作量に応じて変化させる第１のバルブを備え、この第１のバルブを介して一の流体圧シリンダのヘッド側から押し出された作動流体をアキュムレータに蓄圧させる蓄圧回路と、
   少なくともいずれかの流体圧シリンダの軸力が所定以上であるときに複数の流体圧シリンダのロッド側間およびヘッド側間をそれぞれ連通し、流体圧シリンダの軸力が所定未満で蓄圧回路によりアキュムレータに蓄圧させるときに複数の流体圧シリンダのヘッド側間の連通を遮断するとともに複数の流体圧シリンダのうち他の流体圧シリンダのヘッド側と一および他の流体圧シリンダのそれぞれのロッド側とを連通する第２のバルブと、
   少なくともいずれかの流体圧シリンダの軸力が所定以上であるときに第１のバルブとタンクとを連通して作動流体をタンクに戻す第３のバルブと、
   この第３のバルブにより第１のバルブとタンクとを連通した状態でポンプから加圧供給された作動流体を複数の流体圧シリンダのロッド側に供給するメインバルブと
   を具備したことを特徴とする流体圧回路。
2. 少なくともいずれかの流体圧シリンダのヘッド圧とロッド圧との差により流体圧シリンダの軸力を検出する検出部
   を具備したことを特徴とする請求項１記載の流体圧回路。
3. 第２のバルブを備え、この第２のバルブを介して、他の流体圧シリンダのヘッド側から押し出された作動流体を一および他の流体圧シリンダに再生する再生回路を具備した
   ことを特徴とする請求項１または２記載の流体圧回路。
4. 機体と、
   機体に搭載された作業装置と、
   作業装置を上下動する複数の流体圧シリンダに対して設けられた請求項１乃至３いずれか記載の流体圧回路と
   を具備したことを特徴とする作業機械。

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