WO2013057919A1

WO2013057919A1 - 油圧制御装置及びこれを備えた作業機械

Info

Publication number: WO2013057919A1
Application number: PCT/JP2012/006597
Authority: WO
Inventors: 孝夫南條; 三郎妹尾; 直紀五頭
Original assignee: 株式会社神戸製鋼所; コベルコ建機株式会社
Priority date: 2011-10-17
Filing date: 2012-10-15
Publication date: 2013-04-25
Also published as: JP2013087831A; US9803339B2; US20140245729A1; EP2770219A4; CN103890412A; CN103890412B; EP2770219A1; JP5785846B2; EP2770219B1

Abstract

　動力の損失を低減しつつ、油圧アクチュエータが持つエネルギーを回生するための回生モータのキャビテーションを抑制することができる油圧制御装置及びこれを備えた作業機械を提供する。油圧アクチュエータ（１１、１２）及び油圧ポンプ（１６、１７）から導出された作動油をタンク（Ｔ）に回収するための回収油路（Ｒ７）と、作動油の供給に応じてエンジン（７）の出力軸（７ａ）を回転させ、かつ、エンジン（７）の出力軸（７ａ）が回転することにより回転駆動する回生モータ（１８）と、ブームシリンダ（１２）からの戻り油を回収油路（Ｒ７）を経由せずに回生モータ（１８）に導くための回生油路（Ｒ８）と、回収油路（Ｒ７）と回生油路（Ｒ８）とを連結する連結油路（Ｒ９）と、連結油路（Ｒ９）に設けられ、回収油路（Ｒ７）から回生モータ（１８）へ向かう作動油の流れを許容するとともに回生モータ（１８）から回収油路（Ｒ７）へ向かう作動油の流れを規制する回生側チェック弁（２１）とを備えている。

Description

油圧制御装置及びこれを備えた作業機械

　本発明は、油圧アクチュエータに対する作動油の給排を制御する油圧制御装置及びこれを備えた作業機械に関する。

　従来から、支持体と、この支持体に対して旋回可能に支持された旋回体と、この旋回体に対して起伏可能に取り付けられたブームと、前記旋回体を旋回動作させる旋回モータと、前記ブームを起伏動作させるブームシリンダと、旋回モータ及びブームシリンダに対して作動油を供給する油圧ポンプと、旋回モータ及びブームシリンダに対する作動油の給排を制御する流量制御弁と、旋回モータ及びブームシリンダからのメータアウト油路に設けられた絞り弁とを備えた作業機械が知られている。

　この種の作業機械では、油圧ポンプからの作動油の流量調整及び流量制御弁の操作により旋回モータ及びブームシリンダの作動が制御される。ここで、例えば、ブームシリンダを倒伏させる場合、倒伏前のブームの高さ位置に応じた位置エネルギーは、ブームの動作を加速する方向に作用する。この位置エネルギーは、前記絞り弁を流通する際に生じる熱エネルギーとして廃棄される。同様に、旋回体の旋回動作を減速させる場合、旋回体の慣性エネルギーは、旋回体の減速を妨げる方向に作用する。この慣性エネルギーも、前記絞り弁を流通する際に生じる熱エネルギーとして廃棄される。

　前記エネルギーを回生するものとして、例えば特許文献１に示される油圧制御装置が知られている。特許文献１に示される油圧制御装置は、原動機と、この原動機の回転軸に結合された駆動軸を有する油圧ポンプと、この油圧ポンプの駆動軸に結合された駆動軸を有する可変容量型油圧モータと、前記油圧ポンプから作動油が供給されることにより作動するアクチュエータと、このアクチュエータに対する作動油の給排を制御するための切換弁と、この切換弁を操作するためのパイロット圧を生じさせるパイロットポンプとを備えている。特許文献１に示される油圧制御装置では、アクチュエータから戻る作動油を前記可変容量型油圧モータに供給することにより原動機を回転させる。これにより、油圧エネルギーの回生作用が遂行される。

　また、特許文献１に示される油圧制御装置では、前記油圧エネルギーの回生作用が遂行されていない状態においても、可変容量型油圧モータが原動機によって常に回転させられる。そこで、可変容量型油圧モータでキャビテーションが生じるのを抑制するために、前記パイロットポンプから可変容量型油圧モータに対して作動油が常に補給されている。

　特許文献１に示される油圧制御装置は、パイロットポンプから切換弁に供給される作動油の一部、つまり、切換弁を操作するための動力の一部を用いて可変容量型油圧モータを回転させる。そのため、可変容量型油圧モータのキャビテーションを防止するために、パイロットポンプの動力が失われる。

　また、特許文献１に示される油圧制御装置は、回生に供される作動油がパイロット回路へ導入するのを防止するためのチェック弁を有する。具体的に、このチェック弁は、パイロットポンプから可変容量型油圧モータへの作動油の流れを許容する一方、可変容量型油圧モータからパイロットポンプへの作動油の流れを規制する。ここで、パイロットポンプの吐出圧は、切換弁を操作するのに十分に高い圧力に設定されている。そのため、前記チェック弁を開放するためのクラッキング圧も比較的高めに設定する必要がある。その結果、特許文献１に示される油圧制御装置では、前記クラッキング圧に対して可変容量型モータへの作動油の供給流量を乗じて算出される大きな動力が失われる。

特開２００３－１２０６１６号公報

　本発明の目的は、動力の損失を低減しつつ、油圧アクチュエータが持つエネルギーを回生するための回生モータのキャビテーションを抑制することができる油圧制御装置及びこれを備えた作業機械を提供することにある。

　上記課題を解決するために、本発明は、油圧制御装置であって、エンジンの出力軸が回転することにより駆動する油圧ポンプと、前記油圧ポンプから作動油が供給されることにより作動するとともに、導出される戻り油が回生の対象となる回生アクチュエータを含む少なくとも１つの油圧アクチュエータと、前記少なくとも１つの油圧アクチュエータ及び前記油圧ポンプから導出された作動油をタンクに回収するための回収油路と、作動油の供給に応じて前記エンジンの出力軸を回転させ、かつ、前記エンジンの出力軸が回転することにより回転駆動する回生モータと、前記回生アクチュエータからの戻り油を前記回収油路を経由せずに前記回生モータに導くための回生油路と、前記回収油路と前記回生油路とを連結する連結油路と、前記連結油路に設けられ、前記回収油路から前記回生モータへ向かう作動油の流れを許容するとともに前記回生モータから前記回収油路へ向かう作動油の流れを規制する回生側チェック弁とを備えている、油圧制御装置を提供する。

　また、本発明は、作業機械であって、ベースマシンと、前記ベースマシンに対して起伏可能に取り付けられたブームと、前記ベースマシンに対して前記ブームを起伏動作させるブームシリンダと、前記油圧制御装置とを備え、前記油圧制御装置は、前記回生アクチュエータとして前記ブームシリンダを含む、作業機械を提供する。

　本発明によれば、動力の損失を低減しつつ、油圧アクチュエータが持つエネルギーを回生するための回生モータのキャビテーションを抑制することができる。

本発明の実施形態に係る油圧ショベルの全体構成を示す右側面図である。図１に示す油圧ショベルに設けられた油圧制御装置を示す回路図である。図２に示す油圧ポンプの吐出流量と戻り油の流量と回生モータに流れる流量との関係を示すチャートである。本発明の別の実施形態を示す図２相当図である。

　以下添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の実施の形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。

　図１は、本発明の実施形態に係る油圧ショベル１の全体構成を示す右側面図である。

　油圧ショベル１は、左右一対のクローラ２ａを有する自走式の下部走行体２と、この下部走行体２に対して旋回可能に設けられたアッパフレーム４を有する上部旋回体３と、この上部旋回体３上に起伏可能に設けられた作業アタッチメント５と、図２に示す油圧制御装置６と、エンジン７とを備えている。本実施形態では、下部走行体２及び上部旋回体３は、作業アタッチメント５が起伏可能に取り付けられるベースマシンを構成する。

　作業アタッチメント５は、上部旋回体３のアッパフレーム４に対して起伏可能に取り付けられた基端部を有するブーム８と、このブーム８の先端部に対して回動可能に取り付けられた基端部を有するアーム９と、このアーム９の先端部に対して回動可能に取り付けられた基端部を有するバケット１０とを備えている。

　図１及び図２を参照して、油圧制御装置６は、前記下部走行体２に対してアッパフレーム４を旋回させる旋回モータ１１と、前記アッパフレーム４に対してブーム８を起伏させるブームシリンダ１２と、ブーム８に対してアーム９を回動させるアームシリンダ１３と、アーム９に対してバケット１０を回動させるバケットシリンダ１４とを含む複数の油圧アクチュエータ（以下、複数の油圧アクチュエータ１１～１４と称することがある）を備えている。本実施形態では、複数の油圧アクチュエータ１１～１４のうちのブームシリンダ１２から導出される戻り油が回生の対象である。つまり、本実施形態では、ブームシリンダ１２が回生アクチュエータを構成する。また、本実施形態では、ブームシリンダ１２及び旋回モータ１１を駆動するための油圧制御装置６が図２に示されている。

　また、油圧制御装置６は、図２に示すように、前記旋回モータ１１及びブームシリンダ１２にそれぞれ作動油を供給する油圧ポンプ１６、１７と、前記ブームシリンダ１２からの戻り油を回生するための回生モータ１８と、油圧ポンプ１６と旋回モータ１１との間に設けられたコントロールバルブ１９と、油圧ポンプ１７とブームシリンダ１２との間に設けられたコントロールバルブ１５と、戻り油を冷却するオイルクーラ２０と、回生側チェック弁２１と、回収側チェック弁２２と、回生側切換弁（回生弁）２３と、排出側切換弁（排出弁）２４と、クーラ保護弁２５と、コントローラ（制御部）２６と、操作レバー２７と、圧力センサ２８と、循環チェック弁２９と、第１アンロード弁３０と、第２アンロード弁３１とを備えている。

　油圧ポンプ１６、１７は、それぞれエンジン７の出力軸７ａが回転することにより駆動する。また、油圧ポンプ１６、１７は、それぞれの容量を調整するためのレギュレータ１６ａ、１７ａを有する可変容量型のポンプである。油圧ポンプ１６から吐出された作動油は、コントロールバルブ１９に導かれる。一方、油圧ポンプ１７から吐出された作動油は、コントロールバルブ１５に導かれる。

　コントロールバルブ１９は、供給油路Ｒ１を介して油圧ポンプ１６に接続されているとともに、旋回モータ１１に対する作動油の給排を制御可能なスプールを有する制御弁である。このコントロールバルブ１９は、図外のパイロット回路からパイロット圧が供給されることより操作される。具体的に、コントロールバルブ１９は、旋回モータ１１の作動を停止させるための中立位置Ｄと、旋回モータ１１を右旋回させるための切換位置Ｅと、旋回モータ１１を左旋回させるための切換位置Ｆとの間で切換操作可能である。

　コントロールバルブ１５は、供給油路Ｒ４を介して油圧ポンプ１７に接続されているとともに、ブームシリンダ１２に対する作動油の給排を制御可能なスプールを有する切換弁である。このコントロールバルブ１５は、操作レバー２７の操作量に応じたパイロット圧が発生するパイロット回路に接続されたポートを有する。このパイロット回路には、パイロット圧を検出するための圧力センサ２８が設けられている。圧力センサ２８により検出されたパイロット圧に関する電気信号は、後述するコントローラ２６に送信される。また、コントロールバルブ１５は、ブームシリンダ１２の作動を停止させるための中立位置Ａと、ブームシリンダ１２を下げ動作させるための切換位置Ｂと、ブームシリンダ１２を上げ動作させるための切換位置Ｃとの間で切換可能である。

　コントロールバルブ１９と旋回モータ１１との間には、右旋回用の個別油路Ｒ２と、左旋回用の個別油路Ｒ３とが設けられている。また、コントロールバルブ１５とブームシリンダ１２との間には、ロッド側の個別油路Ｒ５と、ヘッド側の個別油路Ｒ６とが設けられている。また、コントロールバルブ１５、１９とタンクＴとの間には、回収油路Ｒ７が設けられている。

　回生モータ１８は、ブームシリンダ１２のヘッド側の個別油路Ｒ６に接続された回生油路Ｒ８に設けられている。回生油路Ｒ８は、ヘッド側の個別油路Ｒ６から分岐するとともに回収油路Ｒ７を介さずに回生モータ１８に接続されている。また、回生モータ１８は、作動油の供給に応じてエンジン７の出力軸７ａを回転させ、かつ、エンジン７の出力軸７ａが回転することにより回転駆動するように、エンジン７の出力軸７ａに対しワンウェイクラッチ等を介して連結されている。さらに、回生モータ１８は、その容量を調整するためのレギュレータ１８ａを有する可変容量型のモータである。

　回生側チェック弁２１は、前記回生油路Ｒ８の回生モータ１８よりも上流側の位置と前記回収油路Ｒ７とを連結する連結油路Ｒ９に設けられている。この回生側チェック弁２１は、その上流側（回収油路Ｒ７側）から下流側（回生油路Ｒ８側）に向けた作動油の流れを許容する一方、逆向きの流れを規制する。また、回生側チェック弁２１は、通常閉鎖するとともに、その上流側と下流側との差圧が第２圧（例えば、０．３Ｍｐａ）以上である場合に開放する。

　回収側チェック弁２２は、前記回収油路Ｒ７のうち前記連結油路Ｒ９との連結位置よりも下流側（タンクＴ側）に設けられている。回収側チェック弁２２は、その上流側（コントロールバルブ１５、１９側）から下流側（タンクＴ側）に向けた作動油の流れを許容する一方、逆向きの流れを規制する。また、回収側チェック弁２２は、通常閉鎖するとともに、その上流側と下流側との差圧が前記第２圧よりも大きな第１圧（例えば、０．４Ｍｐａ）以上である場合に開放する。したがって、コントロールバルブ１５、１９から導出される作動油は、その圧力が第２圧以上第１圧未満である場合に回生油路Ｒ８のみを流れる一方、その圧力が第１圧以上である場合に回収油路Ｒ７及び回生油路Ｒ８の双方を流れる。なお、本実施形態では、第１圧が第２圧よりも大きい場合を例示したが、第１圧は第２圧と同等の圧力に設定することもできる。

　回生側切換弁２３は、前記回生油路Ｒ８のうち連結油路Ｒ９との連結位置よりも上流側（ブームシリンダ１２側）に設けられている。回生側切換弁２３は、回生油路Ｒ８を介した戻り油の流れを許容する許容状態と規制する規制状態とで切換動作可能である。具体的に、回生側切換弁２３は、コントローラ２６からの電気信号Ｓ６により切換操作される。

　排出側切換弁２４は、回生油路Ｒ８と回収油路Ｒ７とを連結する排出油路Ｒ１０に設けられている。排出油路Ｒ１０は、回生油路Ｒ８のうち回生側切換弁２３よりも上流側（ブームシリンダ１２側）の位置と、回収油路Ｒ７のうち回収側チェック弁２２の上流側の位置とを連結する。そして、排出油路Ｒ１０は、ブームシリンダ１２のヘッド側からの戻り油のうち回生に用いない余剰の戻り油を回収油路Ｒ７に導く。排出側切換弁２４は、排出油路Ｒ１０を介した戻り油の流れを許容する状態と規制する状態とで切換動作可能である。具体的に、排出側切換弁２４は、コントローラ２６からの電気信号Ｓ５により切換操作される。

　第１アンロード弁３０は、油圧ポンプ１６の供給油路Ｒ１と回収油路Ｒ７とを連結する第１アンロード油路Ｒ１３に設けられている。第１アンロード弁３０は、通常閉鎖し、コントロールバルブ１９が中立位置Ｄに切換操作された場合に開放して、油圧ポンプ１６からの作動油をタンクＴに回収する。具体的に、第１アンロード弁３０は、コントローラ２６からの電気信号Ｓ８により切換操作される。

　第２アンロード弁３１は、油圧ポンプ１７の供給油路Ｒ４と回収油路Ｒ７とを連結する第２アンロード油路Ｒ１４に設けられている。第２アンロード弁３１は、通常閉鎖し、コントロールバルブ１５が中立位置Ａに切換操作された場合に開放して、油圧ポンプ１７からの作動油をタンクＴに回収する。具体的に、第２アンロード弁３１は、コントローラ２６から電気信号Ｓ７により切換操作される。

　オイルクーラ２０は、前記回収油路Ｒ７の回収側チェック弁２２よりも下流側（タンクＴ側）に設けられている。なお、前記回生油路Ｒ８は、オイルクーラ２０の上流側で回収油路Ｒ７に接続されている。したがって、回収油路Ｒ７及び回生油路Ｒ８を流れる作動油は、オイルクーラ２０を介して冷却された上で、タンクＴに回収される。

　クーラ保護弁２５は、オイルクーラ２０を介さずに戻り油をタンクＴに導くためにオイルクーラ２０を迂回するクーラ迂回油路Ｒ１１に設けられている。具体的に、クーラ迂回油路Ｒ１１は、前記オイルクーラ２０よりも上流側の位置で回収油路Ｒ７から分岐する。クーラ保護弁２５は、その上流側から下流側に向けた作動油の流れを許容する一方、逆向きの流れを規制する。また、クーラ保護弁２５は、通常閉鎖するとともに、その上流側の圧力が所定圧以上である場合に開放する。したがって、戻り油の圧力が前記所定圧未満の場合には戻り油の全てがオイルクーラ２０を流れる一方、戻り油の圧力が前記所定圧以上の場合には、余剰の戻り油がクーラ迂回油路Ｒ１１を流れる。これにより、オイルクーラ２０が保護される。

　循環チェック弁２９は、回生モータ１８を迂回するモータ迂回油路Ｒ１２に設けられ、回生モータ１８の下流側の作動油を必要に応じて回生モータ１８の上流側に循環させる。具体的に、循環チェック弁２９は、回生油路Ｒ８における回生モータ１８の上流側の位置と下流側の位置とを連結する。循環チェック弁２９は、その下流側から上流側に向けた作動油の流れを許容する一方、逆向きの流れを規制する。

　コントローラ２６は、ブームシリンダ１２からの戻り油が回生可能な回生期間中には、戻り油を回生するための回生用容量に回生モータ１８の容量を設定するとともに、回生油路Ｒ８を介した戻り油の流れが許容されるように回生側切換弁２３の開度を調整する。一方、コントローラ２６は、前記回生期間以外の期間である非回生期間中には、前記回生容量よりも小さな非回生用容量に回生モータ１８の容量を設定するとともに、回生油路Ｒ８を介した戻り油の流れが規制されるように回生側切換弁２３の開度を調整する。

　具体的に、コントローラ２６は、油圧ポンプ１６、１７の各レギュレータ１６ａ、１７ａ、回生モータ１８のレギュレータ１８ａ、回生側切換弁２３のソレノイド、排出側切換弁２４のソレノイド、圧力センサ２８、第１アンロード弁３０のソレノイド、及び第２アンロード弁３１のソレノイドと電気的に接続されている。コントローラ２６は、レギュレータ１６ａ、１７ａ、１８ａに対し信号Ｓ１～Ｓ３を出力することにより、油圧ポンプ１６、１７及び回生モータ１８の容量を調整する。また、コントローラ２６は、圧力センサ２８からの出力信号Ｓ４に基づいて、操作レバー２７によってブーム下げ操作が行われたか否かを判定する。そして、コントローラ２６は、ブーム下げ操作が行われた場合に前記回生可能期間であると判定する一方、ブーム下げ操作が行われていない場合に前記非回生期間であると判定する。

　さらに、コントローラ２６は、回生可能期間であると判定した場合、ブームシリンダ１２からの戻り油の全量を回生可能であるか否かを判定する。具体的に、コントローラ２６は、戻り油の全量を用いた回生モータ１８の動力が油圧ポンプ１６、１７による動力よりも大きい場合、又は、ブームシリンダ１２からの戻り油の流量が回生モータ１８の最大吸収流量（最大容量×回転数）よりも大きい場合に、戻り油の全量を回生不可能であると判定する。ここで、戻り油の全量が回生可能であると判定されると、コントローラ２６は、回生側切換弁２３を全開にするとともに排出側切換弁２４を全閉にする。一方、戻り油の全量が回生不可能であると判定されると、余剰量の戻り油が排出側切換弁２４を流れるように、排出側切換弁２４の開度を調整する。また、コントローラ２６は、非回生期間であると判定した場合、回生側切換弁２３及び排出側切換弁２４の双方を全閉にする。

　以下、図３を参照して、コントローラ２６により実行される油圧ポンプ１６、１７及び回生モータ１８の流量制御について説明する。なお、図３中、符号Ｐ１及びＰ４は、操作レバーが操作されていない無操作期間であり、符号Ｐ２は、ブーム下げの操作が行われているブーム下げ期間であり、符号Ｐ３は、ブーム下げ以外の操作（例えば、アーム引き操作）が行われているアーム引き期間である。つまり、期間Ｐ２が回生可能期間であり、期間Ｐ１、Ｐ３、Ｐ４が非回生期間である。

　コントローラ２６は、各期間Ｐ１～Ｐ４にわたり、戻り油の流量Ｆ２よりも回生モータ１８の流量Ｆ３が小さくなるように、油圧ポンプ１６、１７の容量及び／又は回生モータ１８の容量を制御する。以下、各期間Ｐ１～Ｐ４ごとに説明する。

　無操作期間Ｐ１、Ｐ４において、コントローラ２６は、油圧ポンプ１６、１７の容量を予め設定された基本容量に設定する。また、コントローラ２６は、回生モータ１８の容量を予め設定された非回生用容量に設定する。前記基本容量及び非回生用容量は、油圧ポンプ１６、１７の流量Ｆ１が回生モータ１８の流量Ｆ３よりも大きくなるように設定されている。なお、無操作期間Ｐ１、Ｐ４においては、油圧ポンプ１６、１７から吐出された作動油は仕事をしていないため、油圧ポンプ１６、１７の流量Ｆ１と戻り油の流量Ｆ２とは同等である。

　ブーム下げ期間Ｐ２において、コントローラ２６は、操作レバー２７の操作量に応じて油圧ポンプ１６、１７の容量をブーム下げ容量（流量Ｆ１）に調整する。戻り油の流量Ｆ２は、ブームシリンダ１２のロッド側室とヘッド側室との受圧面積の比に対応して油圧ポンプ１６、１７の吐出流量Ｆ１よりも大きくなる。コントローラ２６は、回生モータ１８の容量を前記非回生用容量よりも大きな回生用容量に設定する。前記ブーム下げ容量及び非回生容量は、回生モータ１８の流量Ｆ３が戻り油の流量Ｆ２よりも小さくなるように設定されている。

　アーム引き期間Ｐ３において、コントローラ２６は、操作レバー２７の操作量に応じて油圧ポンプ１６、１７の容量をアーム引き容量（流量Ｆ１）に調整する。戻り油の流量Ｆ２は、アームシリンダ１３のロッド側室とヘッド側室との受圧面積の比に対応して油圧ポンプ１６、１７の吐出流量Ｆ１よりも小さくなる。コントローラ２６は、回生モータ１８の容量を前記非回生用容量に設定する。前記アーム引き容量及び非回生用容量は、回生モータ１８の流量Ｆ３が戻り油の流量Ｆ２よりも小さくなるように設定されている。

　以下、前記油圧制御装置６の動作について説明する。

　ブーム下げ動作が実行期間中（回生可能期間中）には、回生側切換弁２３が所定の開度に調整される（許容状態に切り換えられる）。これにより、回生側切換弁２３の開度に応じてブームシリンダ１２からの戻り油が回生モータ１８に供給される。

　ブーム下げ動作以外の期間中（非回生期間中）には、回生側切換弁２３及び排出側切換弁２４が全閉とされる（回生側絞り２３が規制状態に切り換えられる）。この状態では、回生モータ１８の容量が非回生容量（最小の容量）に設定されるが、回生側切換弁２３を介した戻り油が供給されないため、回生モータ１８がキャビテーションを起こし得る状況となる。ここで、本実施形態では、回収油路Ｒ７から連結油路Ｒ９を介して回生油路Ｒ８内に作動油を導くことができるため、回生モータ１８のキャビテーションの発生が抑制される。

　そして、回生可能期間中及び非回生期間中にタンクＴに回収される作動油は、オイルクーラ２０によって冷却される。オイルクーラ２０に導かれる作動油が過剰な場合、クーラ保護弁２５が開放することによりオイルクーラ２０が保護される。

　以上説明したように、前記実施形態では、回収油路Ｒ７と回生油路Ｒ８とを連結する連結油路Ｒ９に設けられ、回収油路Ｒ７から回生モータ１８に向かう作動油の流れを許容するとともにその逆向きの流れを規制する回生側チェック弁２１を備えている。これにより、回生が行われていない状態、つまり、回生油路Ｒ８を介してブームシリンダ１２からの戻り油が回生モータ１８に供給されていない状態であっても、回生側チェック弁２１を介して回収油路Ｒ７から回生モータ１８へ作動油を供給することができる。したがって、回生期間中にブームシリンダ１２からの戻り油を用いた回生を行いながら、非回生期間中に回生モータ１８のキャビテーションを抑制することができる。

　特に、前記実施形態では、油圧アクチュエータ１１～１４からタンクＴに回収される作動油、つまり、本来仕事を行うことを予定していない比較的低圧の作動油を回生モータ１８に供給することができる。そのため、パイロットポンプから導出される作動油を回生モータ１８に供給する場合と比較して、動力の損失を大幅に低減することができる。

　また、回生側チェック弁２１には、回生油路Ｒ８から回収油路Ｒ７への作動油の流れを規制する機能が要求される。しかし、回収油路Ｒ７は、タンクＴに接続された比較的低圧の油路であるため、従来のようにパイロット回路との間に設けられるチェック弁と比較して、回生側チェック弁２１の開放圧を低く設定することができる。これによっても、動力の損失を低減することができる。

　したがって、本発明によれば、動力の損失を低減しつつ、油圧アクチュエータ１１～１４が持つエネルギーを回生するための回生モータ１８のキャビテーションを抑制することができる。

　なお、前記実施形態では、回生アクチュエータの一例としてブームシリンダ１２を例示したが、これに限定されない。位置エネルギーや慣性エネルギーを再生できることを条件として、他の油圧アクチュエータ（例えば、旋回モータ１１、アームシリンダ１３、バケットシリンダ１４）を回生アクチュエータとすることもできる。

　また、前記実施形態では、回収側チェック弁２２が回収油路Ｒ７に設けられているとともに、回生側チェック弁２１が回収側チェック弁２２の設定圧と同等又はこれよりも低い圧力で開放する。これにより、ブームシリンダ１２からの戻り油が回生油路Ｒ８に供給されていない場合に、回収油路Ｒ７からの戻り油を確実に回生モータ１８に導きながら、余剰の戻り油をタンクに回収することができる。そのため、回生モータ１８のキャビテーションをより確実に抑制することができる。

　前記実施形態では、回生期間中に回生側切換弁２３を許容状態に切換操作する一方、回生期間以外の期間中に回生弁を規制状態に切換操作するコントローラ２６を備えている。そのため、回生期間中にはブームシリンダ１２からの戻り油を回生モータ１８に導く一方、回生期間以外の期間中には回収油路Ｒ７からの戻り油を回生モータ１８に導くことができる。

　前記実施形態では、排出油路Ｒ１０に排出側切換弁２４が設けられている。これにより、ブームシリンダ１２からの戻り油のうち余剰の戻り油を排出油路Ｒ１０及び排出側切換弁２４を介して回収油路Ｒ７に導くことができる。

　以下、本発明の別の実施形態について図４を参照して説明する。なお、前記実施形態と同様の構成について同じ符号を付してその説明を省略する。

　前記実施形態に係る油圧制御装置６は、コントロールバルブ１５の上流側に設けられた回生油路Ｒ８（図２参照）を有しているが、図４に示す油圧制御装置６は、コントロールバルブ１５の下流側に設けられた回生油路Ｒ８１を有している。

　具体的に、回生油路Ｒ８１は、前記回生側切換弁２３を介してコントロールバルブ１５と回生モータ１８とを接続する。また、排出油路Ｒ１０は、回生油路Ｒ８１のうち回生側切換弁２３よりも上流側（コントロールバルブ１５側）の位置と回収油路Ｒ７とを連結する。つまり、前記実施形態と異なり、コントロールバルブ１５は、回収油路Ｒ７に対して直接接続されていない。

　この実施形態において、コントロールバルブ１５が切換位置Ｂに切り換えられてブーム下げ動作が行われると、ブームシリンダ１２のヘッド側から導出された作動油のうち必要量が回生モータ１８へ導かれるとともに、余剰量がタンクＴに回収される。具体的に、コントローラ２６によって、回生側切換弁２３及び排出側切換弁２４の開度が調整される。

　一方、コントロールバルブ１５が切換位置Ｃに切り換えられてブーム上げ動作が行われると、ブームシリンダ１２のロッド側から導出された作動油は、回収油路Ｒ７を経由してタンクＴに回収される。具体的に、コントローラ２６によって、回生側切換弁２３の開度が全閉に設定されるとともに、排出側切換弁２４の開度が全開に設定される。

　そして、ブーム下げ動作以外の期間中には、回生側切換弁２３の開度が全閉とされる。この状態では、回生モータ１８の容量が非回生容量（最小の容量）に設定されるが、回生側切換弁２３を介した戻り油が回生モータ１８に供給されないため、回生モータ１８がキャビテーションを起こし得る状態となる。ここで、本実施形態においても、回収油路Ｒ７から連結油路Ｒ９を介して回生油路Ｒ８内に作動油を導くことができるため、回生モータ１８のキャビテーションの発生が抑制される。

　なお、上述した具体的実施形態には以下の構成を有する発明が主に含まれている。

　すなわち、本発明は、油圧制御装置であって、エンジンの出力軸が回転することにより駆動する油圧ポンプと、前記油圧ポンプから作動油が供給されることにより作動するとともに、導出される戻り油が回生の対象となる回生アクチュエータを含む少なくとも１つの油圧アクチュエータと、前記少なくとも１つの油圧アクチュエータ及び前記油圧ポンプから導出された作動油をタンクに回収するための回収油路と、作動油の供給に応じて前記エンジンの出力軸を回転させ、かつ、前記エンジンの出力軸が回転することにより回転駆動する回生モータと、前記回生アクチュエータからの戻り油を前記回収油路を経由せずに前記回生モータに導くための回生油路と、前記回収油路と前記回生油路とを連結する連結油路と、前記連結油路に設けられ、前記回収油路から前記回生モータへ向かう作動油の流れを許容するとともに前記回生モータから前記回収油路へ向かう作動油の流れを規制する回生側チェック弁とを備えている、油圧制御装置を提供する。

　本発明では、回収油路と回生油路とを連結する連結油路に設けられ、回収油路から回生モータへ向かう作動油の流れを許容するとともにその逆向きの流れを規制する回生側チェック弁を備えている。これにより、回生が行われていない状態、つまり、回生油路を介して回生アクチュエータからの戻り油が回生モータに供給されていない状態であっても、回生側チェック弁を介して回収油路から回生モータへ作動油を供給することができる。したがって、回生期間中に回生アクチュエータからの戻り油を用いた回生を行いながら、非回生期間中に回生モータのキャビテーションを抑制することができる。

　特に、本発明では、少なくとも１つの油圧アクチュエータからタンクに回収される作動油、つまり、本来仕事を行うことを予定していない比較的低圧の作動油を回生モータに供給することができる。そのため、パイロットポンプから導出される作動油を回生モータに供給する場合と比較して、動力の損失を大幅に低減することできる。

　また、本発明に係る回生側チェック弁には、回生油路から回収油路への作動油の流れを規制する機能が要求される。しかし、回収油路はタンクに接続された比較的低圧の油路であるため、従来のようにパイロット回路との間に設けられるチェック弁と比較して、回生側チェック弁の開放圧を低く設定することができる。これによっても、動力の損失を低減することができる。

　したがって、本発明によれば、動力の損失を低減しつつ、油圧アクチュエータが持つエネルギーを回生するための回生モータのキャビテーションを抑制することができる。

　なお、本発明において、『回生』とは、電力を発生させることに限定する趣旨ではなく、油圧アクチュエータからの戻り油を回生モータの駆動のために再利用することを意味する。

　前記油圧制御装置において、前記回収油路のうち前記連結油路との連結位置よりも下流側に設けられ、通常閉鎖するとともに上流側の圧力が設定圧以上である場合に上流側から下流側への作動油の流れを許容する回収側チェック弁をさらに備え、前記回生側チェック弁は、前記回収側チェック弁の設定圧と同等又はこれよりも低い圧力で開放することが好ましい。

　この態様では、回収側チェック弁が回収油路に設けられているとともに、回生側チェック弁が回収側チェック弁の設定圧と同等又はこれよりも低い圧力で開放する。これにより、回生アクチュエータからの戻り油が回生油路に供給されていない場合に、回収油路からの戻り油を確実に回生モータに導きながら、余剰の戻り油をタンクに回収することができる。そのため、回生モータのキャビテーションをより確実に抑制することができる。

　前記油圧制御装置において、前記回生油路のうち前記連結油路との連結位置よりも上流側に設けられ、前記回生油路を介した戻り油の流れを許容する許容状態と戻り油の流れを規制する規制状態との間で切換可能な回生弁と、前記回生アクチュエータからの戻り油の回生が可能な回生期間中には、前記回生弁を前記許容状態に切換操作する一方、前記回生期間以外の期間である場合には、前記回生弁を前記規制状態に切換操作する制御部とをさらに備えていることが好ましい。

　この態様では、回生期間中に回生弁を許容状態に切換操作する一方、回生期間以外の期間中に回生弁を規制状態に切換操作する制御部を備えている。そのため、回生期間中には回生アクチュエータからの戻り油を回生モータに導く一方、回生期間以外の期間中には前記回収油路からの戻り油を回生モータに導くことができる。

　前記油圧制御装置において、前記回生油路のうち前記連結油路との連結位置よりも上流側の位置と前記回収油路とを連結する排出油路と、前記排出油路に設けられ、前記回生アクチュエータからの戻り油のうち回生モータに供給すべき戻り油以外の戻り油を前記回収油路に導くための排出弁とをさらに備えていることが好ましい。

　この態様では、排出油路に排出弁が設けられている。これにより、回生アクチュエータからの戻り油のうち余剰の戻り油を排出油路及び排出弁を介して回収油路に導くことができる。

　本発明では、ブームシリンダが回生アクチュエータとして含まれる。そのため、ブームシリンダからの戻り油を回生することができる。具体的に、ブームの倒伏させる場合にはブームの位置エネルギーがブームを加速する方向に作用するため、前記位置エネルギーを回生モータの動力として回収することができる。また、ブームシリンダからの戻り油を回生しない場合には回収油路からの戻り油が回生モータに供給されることにより、回生モータのキャビテーションを抑制することができる。特に、本発明では、タンクへ回収される戻り油、つまり、本来仕事を行うことを予定していない比較的低圧の作動油を回生モータに供給する。そのため、パイロットポンプから導出される作動油を回生モータに供給する場合と比較して、動力の損失を大幅に低減することができる。

　Ｒ７　　回収油路
　Ｒ８　　回生油路
　Ｒ８１　　回生油路
　Ｒ９　　連結油路
　Ｒ１０　　排出油路
　Ｔ　　タンク
　１　　油圧ショベル（作業機械の一例）
　２　　下部走行体（ベースマシンの一例）
　３　　上部旋回体（ベースマシンの一例）
　５　　作業アタッチメント
　６　　油圧制御装置
　７　　エンジン
　７ａ　　出力軸
　１１　　旋回モータ（油圧アクチュエータの一例）
　１２　　ブームシリンダ（回生アクチュエータの一例）
　１３　　アームシリンダ（油圧アクチュエータの一例）
　１４　　バケットシリンダ（油圧アクチュエータの一例）
　１６、１７　　油圧ポンプ
　１８　　回生モータ
　２１　　回生側チェック弁
　２２　　回収側チェック弁
　２３　　回生側切換弁（回生弁の一例）
　２４　　排出側切換弁（排出弁の一例）
　２６　　コントローラ（制御部の一例）

Claims

　油圧制御装置であって、
　エンジンの出力軸が回転することにより駆動する油圧ポンプと、
　前記油圧ポンプから作動油が供給されることにより作動するとともに、導出される戻り油が回生の対象となる回生アクチュエータを含む少なくとも１つの油圧アクチュエータと、
　前記少なくとも１つの油圧アクチュエータ及び前記油圧ポンプから導出された作動油をタンクに回収するための回収油路と、
　作動油の供給に応じて前記エンジンの出力軸を回転させ、かつ、前記エンジンの出力軸が回転することにより回転駆動する回生モータと、
　前記回生アクチュエータからの戻り油を前記回収油路を経由せずに前記回生モータに導くための回生油路と、
　前記回収油路と前記回生油路とを連結する連結油路と、
　前記連結油路に設けられ、前記回収油路から前記回生モータへ向かう作動油の流れを許容するとともに前記回生モータから前記回収油路へ向かう作動油の流れを規制する回生側チェック弁とを備えている、油圧制御装置。
　前記回収油路のうち前記連結油路との連結位置よりも下流側に設けられ、通常閉鎖するとともに上流側の圧力が設定圧以上である場合に上流側から下流側への作動油の流れを許容する回収側チェック弁をさらに備え、
　前記回生側チェック弁は、前記回収側チェック弁の設定圧と同等又はこれよりも低い圧力で開放する、請求項１に記載の油圧制御装置。
　前記回生油路のうち前記連結油路との連結位置よりも上流側に設けられ、前記回生油路を介した戻り油の流れを許容する許容状態と戻り油の流れを規制する規制状態との間で切換可能な回生弁と、
　前記回生アクチュエータからの戻り油の回生が可能な回生期間中には、前記回生弁を前記許容状態に切換操作する一方、前記回生期間以外の期間である場合には、前記回生弁を前記規制状態に切換操作する制御部とをさらに備えている、請求項１又は２に記載の油圧制御装置。
　前記回生油路のうち前記連結油路との連結位置よりも上流側の位置と前記回収油路とを連結する排出油路と、
　前記排出油路に設けられ、前記回生アクチュエータからの戻り油のうち前記回生モータに供給すべき戻り油以外の戻り油を前記回収油路に導くための排出弁とをさらに備えている、請求項１～３の何れか１項に記載の油圧制御装置。
　作業機械であって、
　ベースマシンと、
　前記ベースマシンに対して起伏可能に取り付けられたブームと、
　前記ベースマシンに対して前記ブームを起伏動作させるブームシリンダと、
　請求項１～４の何れか１項に記載の油圧制御装置とを備え、
　前記油圧制御装置は、前記回生アクチュエータとして前記ブームシリンダを含む、作業機械。