WO2015122213A1

WO2015122213A1 - 建設機械の油圧駆動装置

Info

Publication number: WO2015122213A1
Application number: PCT/JP2015/050240
Authority: WO
Inventors: 秀和岡
Original assignee: コベルコ建機株式会社
Priority date: 2014-02-14
Filing date: 2015-01-07
Publication date: 2015-08-20
Also published as: EP3106677A4; US10280589B2; EP3106677A1; US20170058486A1; CN106030124B; EP3106677B1; CN106030124A; JP6191494B2; EP3106677B8; JP2015152099A

Abstract

　キャビテーション防止と回生効率の向上の両立が可能な建設機械の油圧駆動装置が提供される。この装置は、旋回モータ（３３）から排出される作動油のエネルギーを回生する回生モータ（４７）と、回生モータ（４７）からの回生排出油をメイクアップライン（４４）に設けられた背圧弁（４５）を経由してタンク（Ｔ）に戻す第１回生タンクライン（６１）と、前記回生排出油を前記背圧弁（４５）を経由せずに直接タンク（Ｔ）に戻す第２回生タンクライン（６２）と、回生タンクライン切換弁（６３）と、旋回減速時には第１回生タンクライン（６１）、それ以外は第２回生タンクライン（６２）にそれぞれ回生排出油を通すように回生タンクライン切換弁（６３）を切換える回生タンクライン切換制御部（５１）と、を備える。

Description

建設機械の油圧駆動装置

　本発明はショベル等の建設機械に設けられる油圧制御装置であって、旋回減速時等にエネルギー回生を行うものに関する。

　本発明の背景技術を、図３に示すショベルを例にとって説明する。このショベルは、クローラ式の下部走行体１と、その上に地面に対して鉛直となる軸Ｘのまわりに旋回自在に搭載される上部旋回体２と、この上部旋回体２に取付けられる作業アタッチメント３と、を備える。作業アタッチメント３は、起伏自在なブーム４と、このブーム４の先端に取付けられたアーム５と、このアーム５の先端に取付けられたバケット６と、これらを作動させる複数の油圧シリンダ、すなわち、ブームシリンダ６、アームシリンダ７及びバケットシリンダ８と、を含む。このショベルは、さらに、下部走行体１を走行させる油圧モータである走行モータと、上部旋回体２を旋回駆動する油圧モータである旋回モータと、を備える。

　この油圧ショベルにおいて、旋回減速時には、上部旋回体２の慣性によるエネルギーが旋回モータに与えられる。また、ブームシリンダ７には、アタッチメント３に作用する重力等によるブーム下げ方向の荷重が常に作用することから、当該ブームシリンダ７のうち当該ブームシリンダ７を伸ばすための作動油が導入される油室には常に圧力が立ち、ここから排出される油は一定のエネルギーを持っている。

　このような油圧アクチュエータが持つエネルギーを有効利用する手段として、特許文献１，２に示される装置が知られている。この技術は、エンジンに接続される回生モータを含み、この回生モータは、油圧アクチュエータから排出される油で回転駆動されることにより前記エンジンをアシストする。あるいは、回生モータ、発電電動機及び蓄電器を備えたハイブリッドショベルであって、前記回生モータが前記発電電動機を駆動することにより、エンジンをアシストするとともに、発生した電力を前記蓄電器に蓄えるものも、知られている。

　特許文献１に記載された公知技術を図４に示す。この図４は、説明の簡潔化のため、旋回に関する構成要素のみを示している。

　図４に示される装置は、エンジン１０と、エンジン１０によって駆動される油圧源としての油圧ポンプ１１と、この油圧ポンプ１１からの圧油により回転して上部旋回体２を旋回駆動する旋回モータ１２と、油圧ポンプ１１及びタンクＴと旋回モータ１２との間に設けられるコントロールバルブ１３と、を備える。コントロールバルブ１３は、図示しないリモコン弁からのパイロット圧の供給を受ける一対のパイロットポートを有して当該パイロット圧により切換わり作動する油圧パイロット式の切換弁である。コントロールバルブ１３は、旋回モータ１２に対する作動油の給排状態を切換えることにより、旋回モータ１２の作動状態の制御、具体的には旋回モータ１２の回転／停止、回転方向、回転速度の制御、を可能にする。

　具体的に、前記コントロールバルブ１３は、中立位置１３ａと、左旋回位置１３ｂと、右旋回位置１３ｃと、を有する。コントロールバルブ１３は、リモコン弁からいずれのパイロットポートにもパイロット圧が供給されないときは中立位置１３ａに保持される。リモコン弁からいずれかのパイロットポートにパイロット圧が供給されるときは、左旋回位置１３ｂ及び右旋回位置１３ｃのうちそのパイロット圧が供給されるパイロットポートに対応した位置に、切換えられる。

　コントロールバルブ１３は、前記中立位置１３ａでは、当該コントロールバルブ１３と旋回モータ１２の左右ポートとをそれぞれ結ぶ左側旋回管路１４及び右側旋回管路１５を油圧ポンプ１１に対してブロックし、これにより旋回モータ１２の回転を阻止する。コントロールバルブ１３は、リモコン弁の左旋回側の操作によって左旋回位置１３ｂに切換えられると、油圧ポンプ１１から左旋回管路１４への作動油の供給を許容し、これにより旋回モータ１２を左回転させて上部旋回体２を左旋回させる。コントロールバルブ１３は、逆に、リモコン弁の右旋回側の操作によって右旋回位置１３ｃに切換えられると、油圧ポンプ１１から右旋回管路１５への作動油の供給を許容し、これにより旋回モータ１２を右回転させて上部旋回体２を右旋回させる。

　この装置は、さらに、ブレーキ回路２１を備える。ブレーキ回路２１は、前記両旋回管路１４，１５の間で互いに逆向きに設けられる油圧ブレーキ弁としての左右リリーフ弁１６，１７と、これと並列にかつ互いに逆向きに設けられるアンチキャビテーション用（油吸い込み用）の左右チェック弁１８，１９と、左右リリーフ弁１６，１７の出口ポート及び左右チェック弁１８，１９の入口ポートを相互接続する通路２０と、を含む。油圧ブレーキ回路２１は、旋回減速時に旋回モータ１２のメータアウト側の油をメータイン側に戻してキャビテーションの発生を防止するアンチキャビテーション作用と、左右リリーフ弁１６，１７による油圧ブレーキ作用と、を行う。

　また、特許文献１，２には示されていないが、通常、油圧ブレーキ回路２１の通路２０は油吸い上げ用のメイクアップライン２２によってタンクＴに接続され、このメイクアップライン２２に、一定の背圧を立てる背圧弁（ブーストチェック弁）２３とオイルクーラ２４が設けられる。

　図４に示される装置において、前記コントロールバルブ１３は、例えば左旋回位置１３ｂから中立位置１３ａに復帰すると、旋回モータ１２及び両旋回管路１４，１５を油圧ポンプ１１及びタンクＴから切り離し、旋回モータ１２への作動油の供給及び旋回モータ１２からタンクＴへの作動油の戻りを止める。しかし、上部旋回体２はその慣性により左旋回を続けるため、これと連動して旋回モータ１２が回転を続け、メータアウト側管路である右旋回管路１５に圧力を立たせる。この圧力が一定値に達すると右リリーフ弁１７が開いて右旋回管路１５の作動油が右リリーフ弁１７、通路２０、左チェック弁１８及びメータイン管路である左旋回管路１４を順に通って旋回モータ１２に流入する。

　このとき、左旋回管路１４の圧力が下がると、当該左旋回管路１４は、メイクアップライン２２及びチェック弁１８を経由してタンクＴ内の作動油を吸い上げ、これによりキャビテーションを防ぐ。すなわち、アンチキャビテーション作用が自動的に行われる。この作動油の吸上げは、さらに、前記上部旋回体２の慣性により回転する旋回モータ１２にブレーキ力を与えて当該旋回モータ１２を緩やかに停止させる。以上の作用は、コントロールバルブ１３の右旋回位置１３ｃから中立位置１３ａへの復帰時にも同様に行われる。図４は、左旋回時の油の流れを白抜き矢印及び黒塗り矢印によって示し、そのうちアンチキャビテーション用の作動油の流れを黒塗り矢印で示している。

　この装置は、さらに、回生用の油圧モータである回生モータ２５と、回生切換弁２６と、左回生ライン２７及び右回生ライン２８と、を備える。回生モータ２５は、エンジン１０に連結されるとともに、前記回生切換弁２６に接続される入口ポートと、タンクＴに接続される出口ポートと、を有する。回生切換弁２６は、前記左右回生ライン２７，２８をそれぞれ介して前記左右旋回管路１４，１５に接続される一対の入口ポートと、前記回生モータ２５に接続される出口ポートと、を有する。

　前記回生切換弁２６は、回生モータ２５と左右回生ライン２７，２８との間を遮断する中立位置２６ａと、回生モータ２５と左回生ライン２７とを接続する左回生位置２６ｂと、回生モータ２５と右回生ライン２８とを接続する右回生位置２６ｃと、を有し、これらの位置は、リモコン弁の操作に基づいて図示しないコントローラから入力される指令により切換えられる。回生切換弁２６は、たとえば左旋回減速時に前記左回生位置２６ｂに切換えられ、これにより、旋回モータ１２から排出される作動油が、メータアウト側管路である右旋回管路１５、右回生ライン２７及び前記回生切換弁２６を経由して回生モータ２５に流入して当該回生モータ２５を回転させることを、許容する。この回生モータ２５の駆動は、作動油のもつエネルギーを回転エネルギーとして（この場合はエンジンアシスト力として）回生することを可能にし、これにより、システムのエネルギー効率の向上を可能にする。

　ところが、この装置では、回生モータ２５から排出される作動油である回生排出油が常にタンクＴに直接戻されるため、旋回減速時に旋回モータ１２から排出される作動油がメータイン側に補給されずに回生モータ２５経由でタンクＴに戻り、これにより、キャビテーションの発生を許してしまう。このことは、回生モータ２５の出口側をメイクアップライン２２に接続し、回生排出油を背圧弁２３経由でタンクＴに戻して背圧を立てることにより防がれるが、このように回生モータ２５に背圧がかかることは当該回生モータ２５の有効差圧及び回転数を低下させて回生効率を悪くする。また、回生モータ２５に接続された油圧アクチュエータのうちにはキャビテーションが発生するおそれのないものがあるにもかかわらず、同アクチュエータの作動時にも無駄に背圧がかかって回生効率を低くする。

　特許文献２には、他のキャビテーション防止手段として、アンチキャビテーション用の油圧源としてアキュムレータを設けることと、旋回減速時に旋回モータ１２のメータアウト側から取り出した回生油で回生モータ２５を回転させることと、アキュムレータの油をメータイン側にアンチキャビテーション油として供給することと、が開示されている。しかし、この技術は専用のアキュムレータとアンチキャビテーション回路という大がかりな付加設備を要するため、設備コストの高騰及び回路の複雑化を伴う。

特開２００３－１２０６１６号公報特開２０１１－２２０３９０号公報

　本発明は、大掛かりな設備を要することなく、キャビテーション防止と回生効率の向上の両立が可能な建設機械の油圧駆動装置を提供することを、目的とする。提供されるのは、旋回可能な上部旋回体を備えた建設機械に設けられる油圧駆動装置であって、前記上部旋回体を旋回させる旋回モータを含む複数の油圧アクチュエータと、これらの油圧アクチュエータを動かすための作動油を吐出する油圧ポンプと、前記油圧アクチュエータから排出される作動油の一部により駆動されて回生作用を行う回生モータと、リリーフ弁を含み、前記上部旋回体の旋回の減速時に前記旋回モータのメータアウト側の作動油をメータイン側に戻してキャビテーションの発生を防止するアンチキャビテーション作用と前記リリーフ弁による油圧ブレーキ作用とを行う油圧ブレーキ回路と、この油圧ブレーキ回路をタンクに接続するメイクアップラインと、前記メイクアップラインに設けられて当該メイクアップラインに背圧を発生させる背圧弁と、前記回生モータから排出された作動油である回生排出油をこの回生排出油が前記背圧弁を通るルートで前記タンクに戻す第１回生タンクラインと、前記回生排出油をこの回生排出油が前記背圧弁を通らないルートで直接前記タンクに戻す第２回生タンクラインと、前記回生排出油が前記第１回生タンクラインを通って前記タンクに戻るのを許容する第１位置と前記回生排出油が前記第２回生タンクラインを通って前記タンクに戻るのを許容する第２位置とを有し、当該第１及び第２位置との間で切換可能な回生タンクライン切換弁と、前記旋回モータが減速状態であることを検出する旋回減速検出部と、前記旋回減速検出部が前記減速状態を検出したときは前記回生タンクライン切換弁を前記第１位置に切換え、前記旋回減速検出部が前記減速状態を検出しないときは前記回生タンクライン切換弁を前記第２位置に切換える回生タンクライン切換制御部と、を備える。

本発明の第１実施形態に係る油圧駆動装置を示す回路図である。本発明の第２実施形態に係る油圧駆動装置を示す回路図である。本発明の適用対象の例であるショベルの側面図である。従来の油圧駆動装置を示す回路図である。

　本発明の第１及び第２実施形態に係る油圧駆動装置をそれぞれ図１及び図２を参照しながら説明する。これらの装置は、いずれも、図３に示されるショベルに設けられる。説明を分かり易くするため、図１及び図２は、油圧回路のうち旋回に関する部分及び他の油圧アクチュエータ回路の代表例であるブームシリンダ回路のみをしている。

　前記第１実施形態に係る装置は、図１に示すように、第１油圧ポンプ３１と、第２油圧ポンプ３２と、上部旋回体２を旋回させる油圧アクチュエータである旋回モータ３３と、旋回用リモコン弁３４と、旋回用コントロールバルブ３５と、左旋回管路３６と、右旋回管路３７と、ブレーキ回路４３と、メイクアップライン４４と、を備える。

　前記第１及び第２油圧ポンプ３１，３２は、前記ショベルに搭載されるエンジン３０によって駆動され、これによりタンクＴ内の作動油を吐出する。第１油圧ポンプ３１から吐出される作動油はブームシリンダ７を動かし、第２油圧ポンプ３２から吐出される作動油は旋回モータ３３を回転させる。

　前記旋回モータ３３は、左ポート及び右ポートを有する。旋回モータ３３は、左ポートに作動油が供給されるときに、当該作動油を右ポートから排出しながら、前記上部旋回体２を左旋回させるように作動する。旋回モータ３３は、逆に、右ポートに作動油が供給されるときに、当該作動油を左ポートから排出しながら、前記上部旋回体２を右旋回させるように作動する。

　前記旋回用リモコン弁３４は、操作レバー及び弁本体を有し、この操作レバーの操作に応じてパイロット圧を出力する。

　前記旋回用コントロールバルブ３５は、前記第２油圧ポンプ３２及びタンクＴと旋回モータ３３との間に介在する。旋回用コントロールバルブ３５は、油圧パイロット式の切換弁からなり、中立位置３５ａと、左旋回位置３５ｂと、右旋回位置３５ｃと、を有する。この旋回用コントロールバルブ３５の位置は、前記旋回用リモコン弁３４から入力されるパイロット圧によって切換えられる。この旋回用コントロールバルブ３５の位置の切換によって、旋回モータ３３に対する作動油の給排の制御、具体的には、旋回モータ１２の回転／停止、回転方向、回転速度の制御、が行われる。

　前記旋回用コントロールバルブ３５は、前記第２ポンプ３２に接続されるポンプポートと、前記タンクＴに接続されるタンクポートと、左モータポートと、右モータポートと、を有する。前記左旋回管路３６は、前記左モータポートと前記旋回モータ３３の左ポートとを接続し、前記右旋回管路３７は、前記右モータポートと前記旋回モータ３３の右ポートと、を接続する。

　前記油圧ブレーキ回路４３は、左右リリーフ弁３８，３９と、左右チェック弁４０，４１と、通路４２と、を含む。

　前記左右リリーフ弁３８，３９は、前記左旋回管路３６及び前記右旋回管路３７と前記通路４２との間に設けられ、それぞれ左旋回用及び右旋回用のブレーキ弁として機能する。具体的に、左リリーフ弁３８は、前記左旋回管路３６と前記通路４２との間に介在し、当該左旋回管路３６内の作動油の圧力が一定以上となったときに開弁して当該左旋回管路３６と前記通路４２とを連通する。同様に、右リリーフ弁３９は、前記右旋回管路３７と前記通路４２との間に介在し、当該右旋回管路３７内の作動油の圧力が一定以上となったときに開弁して当該右旋回管路３７と前記通路４２とを連通する。前記通路４２は、前記メイクアップライン４４を通じてタンクＴに接続されている。

　前記左右チェック弁４０，４１は、前記左旋回管路３６及び前記右旋回管路３７と前記通路４２との間に設けられ、当該通路４２から左及び右旋回管路３６，３７への作動油の流れのみを許容し、その逆の流れを阻止する。

　以上の構成要素を含む油圧ブレーキ回路４３は、旋回減速時に旋回モータ３３のメータアウト側の作動油をメータイン側に戻してキャビテーションの発生を防止するアンチキャビテーション作用と、リリーフ弁３８，３９による油圧ブレーキ作用と、を行う。

　前記メイクアップライン４４には、背圧弁４５とオイルクーラ４６とが設けられている。背圧弁４５は、その一次圧が一定以上の場合にのみ開弁することにより、当該背圧弁４５の一次側における前記メイクアップライン４４に背圧を生じさせる。

　この装置において、前記旋回用コントロールバルブ３５は、例えば左旋回位置３５ｂから中立位置３５ａに復帰すると、旋回モータ３３及び両旋回管路３６，３７を第２油圧ポンプ３２及びタンクＴから切り離し、旋回モータ３３への作動油の供給及び旋回モータ１２からタンクＴへの作動油の戻りを止める。しかし、上部旋回体２はその慣性により左旋回を続けるため、これと連動して旋回モータ３３が回転を続け、メータアウト側管路である右旋回管路３７に圧力を立たせる。この圧力が一定値に達すると右リリーフ弁３９が開いて右旋回管路３７の作動油が右リリーフ弁３９、通路４２、左チェック弁４０及びメータイン管路である左旋回管路３６を順に通って旋回モータ３３に流入する。

　このとき、左旋回管路１４の圧力が下がって例えば負圧になると、当該左旋回管路１４は、メイクアップライン２２及びチェック弁１８を経由してタンクＴ内の作動油を吸い上げ、これによりキャビテーションを防ぐ。すなわち、アンチキャビテーション作用が自動的に行われる。この作動油の吸上げは、さらに、前記上部旋回体２の慣性により回転する旋回モータ１２にブレーキ力を与えて当該旋回モータ１２を緩やかに停止させる。以上の作用は、コントロールバルブ１３の右旋回位置１３ｃから中立位置１３ａへの復帰時にも同様に行われる。

　この装置は、さらに、回生用の油圧モータである回生モータ４７と、旋回用回生切換弁４８と、左回生ライン４９及び右回生ライン２８と、を備える。回生モータ４７は、エンジン１０に連結されるとともに、前記旋回用回生切換弁４８に接続される入口ポートと、タンクＴに接続可能な出口ポートと、を有する。回生切換弁４８は、前記左右回生ライン４９，５０をそれぞれ介して前記左右旋回管路３６，３７に接続される一対の入口ポートと、前記回生モータ４７に接続される出口ポートと、を有する。旋回用回生切換弁４８は、一対のパイロットポートを有する油圧切換弁からなり、前記回生モータ４７と前記左右回生ライン４９，５０との間を遮断する中立位置４８ａと、回生モータ４７と左回生ライン４９とを接続する左回生位置４８ｂと、回生モータ４７と右回生ライン５０とを接続する右回生位置４８ｃと、を有する。

　この装置は、さらに、前記旋回用回生切換弁４８の位置を切換えるためのコントローラ５１及び電磁比例減圧弁５２，５３を備える。電磁比例減圧弁５２，５３は、前記旋回用回生切換弁４８の一対のパイロットポートとそのパイロット油圧源との間にそれぞれ介在する。コントローラ５１は、前記旋回用リモコン弁３４の操作レバーの操作に基づき、前記各電磁比例減圧弁５２，５３に指令信号を出力することにより、前記旋回用回生切換弁４８の各パイロットポートに入力されるパイロット圧を調節し、これにより、当該旋回用回生切換弁４８の位置の切換の制御を行う。

　コントローラ５１は、左旋回減速時に前記旋回用回生切換弁４８を前記左回生位置２６ｂに切換え、左旋回減速時に前記旋回用回生切換弁４８を前記左回生位置４８ｃに切換える。旋回用回生切換弁４８は、例えば前記左旋回減速時に前記左回生位置４８ｂに切換えられることにより、旋回モータ３３から排出される作動油が、メータアウト側管路である右旋回管路３７、右回生ライン５０及び旋回用回生切換弁４８を経由して回生モータ４７に流入して当該回生モータ４７を回転させることを許容する。この回生モータ４７の駆動は、作動油のもつエネルギーを回転エネルギーとして（この場合はエンジンアシスト力として）回生することを可能にする。

　一方、この装置は、前記ブームシリンダ７を動かすための要素として、ブーム用リモコン弁５４、ブーム用コントロールバルブ５５、ブーム下げ回生ライン５６及びブーム用回生切換弁５７を備える。

　前記ブーム用コントロールバルブ５５は、第１油圧ポンプ３１及びタンクＴとブームシリンダ７の間に介在する。ブーム用コントロールバルブ５５は、油圧パイロット式の切換弁であり、ブームシリンダ７を停止させるための中立位置５５ａと、ブームシリンダ７を伸ばすための伸び位置５５ｂと、ブームシリンダ７を縮めるための縮み位置５５ｃと、を有する。このブーム用コントロールバルブ５５の位置は、前記ブーム用リモコン弁５４に与えられる操作によって切換えられる。

　前記ブーム下げ回生ライン５６は、前記ブームシリンダ７のヘッド側油室すなわち伸び側油室を前記回生モータ４７の入口側に接続する。前記ブーム用回生切換弁５７は、前記ブーム下げ回生ライン５６の途中に設けられ、当該ブーム下げ回生ライン５６を遮断する遮断位置５７ａと開通する開通位置５７ｂとを有する。

　このブーム用回生切換弁５７は、パイロットポートを有する油圧切換弁であり、当該パイロットポートとそのパイロット油圧源との間に電磁比例減圧弁５８が介在する。前記コントローラ５１は、前記ブーム用リモコン弁５４がブーム下げ操作されたときに前記ブーム用回生切換弁５７を前記遮断位置５７ａから開通位置５７ｂに切換えるように前記電磁比例減圧弁５８に指令信号を入力する。このようにして開通位置５７ｂに切換えられたブーム用回生切換弁５７は、ブーム下げ操作時にブームシリンダ７から排出される作動油の一部が旋回時と同様に回生モータ４７に流入することを許容し、これにより、回生モータ４７が旋回モータ３３及びブームシリンダ７を含む他の油圧アクチュエータから排出される作動油によって駆動されることを可能にする。この装置は、また、前記旋回用及びブーム用回生切換弁４８，５７と前記回生モータ４７の入口の間に介在する逆流防止用のチェック弁５９，６０を備える。

　この装置は、複数のセンサを備え、当該複数のセンサは、速度検出器である速度センサ６４と圧力検出器である圧力センサ６５とを含む。速度センサ６４は、例えばジャイロからなり、旋回モータ３３の回転速度、換言すれば、上部旋回体２の旋回速度、を検出する。前記圧力センサ６５は、前記メイクアップライン４４の圧力であるメイクアップ圧を検出する。当該速度センサ６４及び圧力センサ６５がそれぞれ生成する速度信号及び圧力信号がコントローラ５１に入力される。前記速度センサ６４は、前記コントローラ５１とともに、前記上部旋回体２の旋回が減速状態であることを検出する旋回減速検出部を構成することが可能である。

　さらに、この装置は、前記回生モータ４７から排出された作動油である回生排出油をタンクＴに戻すためのタンクラインとして、第１回生タンクライン６１と第２回生タンクライン６２とを併有する。第１回生タンクライン６１は、前記回生排出油を当該回生排出油が前記メイクアップライン４４の背圧弁４５を通るルートでタンクＴに戻すラインであり、前記第２回生タンクライン６２は、前記回生排出油を当該回生排出油が前記背圧弁４５を通らないルートで直接タンクＴに戻すラインである。

　また、この装置は、前記第１及び第２回生タンクライン６１，６２のうち使用されるタンクラインの切換を行う回生タンクライン切換弁６３を備える。回生タンクライン切換弁６３は、前記第１及び第２回生タンクライン６１，６２と前記回生モータ４７の出口側の間に介在する。回生タンクライン切換弁６３は、ソレノイドを有する電磁切換弁からなり、前記回生排出油を前記第１回生タンクライン６１に導く位置すなわち当該回生排出油が前記第１回生タンクライン６１を通って前記タンクＴに戻るのを許容する第１位置６３ａと、前記回生排出油を前記第２回生タンクライン６２に導く位置すなわち前記回生排出油が前記第２回生タンクラインを通って前記タンクに戻るのを許容する第２位置６３ｂと、を有する。

　前記コントローラ５１は、前記回生タンクライン切換弁６３のソレノイドに適宜指令信号を入力することにより、当該回生タンクライン切換弁６３の位置を前記第１位置６３ａと第２位置６３ｂとの間で切換える。すなわち、コントローラ５１は、前記回生タンクライン切換弁６３の位置を切換える回生タンクライン切換制御部を含む。

　さらに、コントローラ５１は、前記速度センサ６４が生成する速度信号の変化に基いて前記上部旋回体２の旋回が減速状態にあるか否かを判定する減速状態判定部を含み、前記回生タンクライン切換制御部は、前記減速状態判定部が減速状態にあると判断した時、に前記回生タンクライン切換弁６３を前記第１位置６３ａに切換え、それ以外の時、例えば旋回力行時及びブーム下げ操作時には前記回生タンクライン切換弁６３を前記第２位置６３ｂに切換える。従って、前記減速状態判定部は、旋回速度検出器である前記速度センサ６４とともに、旋回速度検出部を構成する。

　この装置によれば、旋回減速時には、回生モータ４７からの回生排出油が、第１回生タンクライン６１を通じて、すなわち背圧弁４５を通るルートで、タンクＴに戻り、これにより、背圧弁４５がメイクアップライン４４に背圧を立たせることを可能にする。このことは、油圧ブレーキ回路４３によるアンチキャビテーション作用を確保して旋回モータ３３のキャビテーションを防止しながら回生モータ４７に回生作用を行わせることを、可能にする。

　一方、旋回減速時以外は、回生排出油が第２回生タンクライン６２を通じて、すなわち背圧弁４５を通らないで直接、タンクＴに戻ることにより、回生モータ４７の有効差圧（入口圧－出口圧）を大きくして当該回生モータ４７の回転速度を高くする。これにより、回生モータ４７による回生効率が向上する。

　以上のようにして、キャビテーションの防止と回生効率の向上が両立する。

　また、旋回減速検出部の一部を構成する前記コントローラ５１は、速度センサ４５が検出する旋回速度、つまり、旋回モータ３３の実際の動きを直接検出して旋回が減速状態か否かを判断するため、誤検出のない的確な切換制御を行うことを可能にする。

　しかも、前記効果は、既存設備に対して回生タンクライン切換弁６３と、第１及び第２回生タンクライン６１，６２のうちの一方と、の追加によって得られることが可能であり、著しい設備コストの高騰や回路構成の複雑化を伴わない。

　ところで、旋回と、ブームシリンダ７を含む他の油圧アクチュエータの作動と、が同時に行われる複合操作時には、当該他の油圧アクチュエータからの排出油が背圧弁４５を通ることでメイクアップライン４４に背圧が立つ場合がある。この場合には、旋回減速時であっても旋回回路にキャビテーションが発生するおそれがない。従って、コントローラ５１は、旋回減速時であっても、圧力センサ６５によって検出されるメイクアップ圧が予め設定された値、例えば背圧弁４５による背圧相当の圧力、以上であるときは、回生タンクライン切換弁６３を第２位置６３ｂにセットする制御を行うことが、好ましい。具体的に、図１に示される回生タンクライン切換弁６３によれば、コントローラ５１が当該回生タンクライン切換弁６３に切換信号を入力しないことにより、当該回生タンクライン切換弁６３が第２位置６３ｂに保たれる。このことは、旋回減速時であるにもかかわらず前記回生モータ４７の有効差圧を増やして回生効率を上げることを可能にする。

　図２は、本発明の第２実施形態に係る装置を示す。この装置は、前記第１実施形態に係る装置と比較して、旋回減速検出部の構成のみ相違する。具体的に、この第２実施形態に係る装置は、旋回操作器、すなわち、上部旋回体２の旋回についての操作を受けて当該旋回についての指令信号であるパイロット圧を出力する旋回用リモコン弁３４から旋回用コントロールバルブ３５の各パイロットポートに供給される前記パイロット圧であるリモコン圧をそれぞれ検出するリモコン圧センサ６６，６７を備える。

　前記リモコン圧センサ６６，６７は、旋回操作器である旋回用リモコン弁３４から出力される前記リモコン圧すなわち旋回のための指令信号を検出する旋回操作検出器に相当し、当該リモコン圧に対応するリモコン圧検出信号を生成してコントローラ５１に入力する。コントローラ５１は、そのリモコン圧の変化により、上部旋回体２の旋回が減速状態にあるか否かを判断する減速状態判定部を含む。前記旋回操作検出器及び前記減速状態判定部が、旋回減速検出部を構成する。

　この装置において、前記旋回用リモコン弁３４は油圧ショベルにおいて旋回操作を行うための旋回操作器として本来装備される要素であり、前記リモコン圧センサ６６，６７はポンプ制御等のために旋回操作検出器として標準装備される要素であるため、これらの利用による旋回の減速状態の検出は、回路の構成のさらなる簡略化及び設備コストの低減を可能にする。

　その他、本発明は例えば次のような実施形態も含む。

　（１）本発明では、回生モータにより生成されるエネルギーの回収態様を問わない。前記第１及び第２実施形態に係る回生モータ４７はエンジン３０に連結されてこれをアシストするが、例えば、本発明に係る回生モータによりハイブリッドショベルにおける発電電動機を駆動してエンジンをアシストするとともに、当該発電電動機が生成する電力を蓄電器に蓄えてもよいし、あるいは、本発明に係る回生モータによってエンジンとは無関係の発電機を駆動して当該発電機が発生する電力を蓄電器に蓄えてもよい。

　（２）本発明に係る装置が設けられる建設機械は、油圧ショベルに限定されない。本発明は、他の建設機械、例えば、ショベルと同様に旋回モータで上部旋回体を旋回駆動し、かつ、旋回モータを含む油圧アクチュエータからの排出油によって回生モータを駆動することが可能な建設機械にも、同様に適用することができる。

　以上のように、大掛かりな設備を要することなく、キャビテーション防止と回生効率の向上の両立が可能な建設機械の油圧駆動装置が提供される。この装置は、旋回可能な上部旋回体を備えた建設機械に設けられる油圧駆動装置であって、前記上部旋回体を旋回させる旋回モータを含む複数の油圧アクチュエータと、これらの油圧アクチュエータを動かすための作動油を吐出する油圧ポンプと、前記油圧アクチュエータから排出される作動油の一部により駆動されて回生作用を行う回生モータと、リリーフ弁を含み、前記上部旋回体の旋回の減速時に前記旋回モータのメータアウト側の作動油をメータイン側に戻してキャビテーションの発生を防止するアンチキャビテーション作用と前記リリーフ弁による油圧ブレーキ作用とを行う油圧ブレーキ回路と、この油圧ブレーキ回路をタンクに接続するメイクアップラインと、前記メイクアップラインに設けられて当該メイクアップラインに背圧を発生させる背圧弁と、前記回生モータから排出された作動油である回生排出油をこの回生排出油が前記背圧弁を通るルートで前記タンクに戻す第１回生タンクラインと、前記回生排出油をこの回生排出油が前記背圧弁を通らないルートで直接前記タンクに戻す第２回生タンクラインと、前記回生排出油が前記第１回生タンクラインを通って前記タンクに戻るのを許容する第１位置と前記回生排出油が前記第２回生タンクラインを通って前記タンクに戻るのを許容する第２位置とを有し、当該第１及び第２位置との間で切換可能な回生タンクライン切換弁と、前記旋回モータが減速状態であることを検出する旋回減速検出部と、前記旋回減速検出部が前記減速状態を検出したときは前記回生タンクライン切換弁を前記第１位置に切換え、前記旋回減速検出部が前記減速状態を検出しないときは前記回生タンクライン切換弁を前記第２位置に切換える回生タンクライン切換制御部と、を備える。

　この装置は、回生モータから排出される回生排出油を、旋回減速時には背圧弁を経由する第１回生タンクラインを通じてタンクに戻し、それ以外は背圧弁を経由しない第２回生タンクラインを通じて直接タンクに戻すので、キャビテーションを防止しながら回生効率を向上させることができる。しかも、この効果は、回生タンクライン切換弁及び２つ目の回生タンクラインの付加という簡単かつ安価な設備の追加によって達成され、著しい設備コストの高騰や回路構成の複雑化を伴わない。

　この油圧駆動装置は、前記メイクアップラインの圧力を検出する圧力検出器をさらに備え、前記回生タンクライン切換制御部は、前記圧力検出器によって検出された圧力が、予め設定された圧力であって前記背圧弁によって生成される背圧に相当する圧力の値以上であるときは、前記減速状態の検出にかかわらず前記回生ライン切換弁を前記第２位置に切換えるように構成されるのが望ましい。

　この装置では、旋回の減速状態が検出された場合であってもメイクアップラインの圧力が高い時は第２回生タンクラインを用いることにより回生効率を向上させることができる。例えば、前記上部旋回体の旋回と他の油圧アクチュエータの駆動とが同時に行われる複合操作時には、当該他の油圧アクチュエータからの排出油が背圧弁を通ることでメイクアップラインに背圧が立つ場合があり、この場合には、回生排出油を第２回生タンクラインを通じて直接タンクに戻してもメイクアップラインの圧力が下がることはない。従って、キャビテーションを回避しながら前記回生排出油のタンクへの直接の戻りにより回生モータの有効差圧を増やして回生効率を上げることができる。

　本発明に係る旋回減速検出部は、例えば、前記上部旋回体の旋回速度を検出する旋回速度検出器と、この旋回速度検出器が検出する旋回速度の変化に基づいて当該旋回が減速状態にあるか否かを判定する減速状態判定部と、を含むものが好適である。この旋回減速検出部は、実際の上部旋回体の旋回速度、つまり旋回モータの実際の動きを直接検出してこれに基づく旋回の減速状態の判断を行うので、誤検出の可能性が低い的確な切換制御を可能にする。

　本発明に係る旋回減速検出部は、あるいは、旋回駆動、旋回停止、旋回減速といった前記上部旋回体の旋回についての操作を受けて当該旋回のための指令信号を出力する旋回操作器と、この旋回操作器が出力する指令信号を検出する旋回操作検出器と、この旋回操作検出器が検出する指令信号に基いて当該旋回が減速状態にあるか否かを判定する減速状態判定部と、を含むものでもよい。この旋回減速検出部は、本来、上部旋回体の旋回操作やポンプ制御等のために用いられる旋回操作器や旋回操作検出器を利用したものであるので、簡単な回路構成及び低い設備コストで前記減速状態の検出を行うことができる。

Claims

　旋回可能な上部旋回体を備えた建設機械に設けられる油圧駆動装置であって、
　前記上部旋回体を旋回させる旋回モータを含む複数の油圧アクチュエータと、
　これらの油圧アクチュエータを動かすための作動油を吐出する油圧ポンプと、
　前記油圧アクチュエータから排出される作動油の一部により駆動されて回生作用を行う回生モータと、
　リリーフ弁を含み、前記上部旋回体の旋回の減速時に前記旋回モータのメータアウト側の作動油をメータイン側に戻してキャビテーションの発生を防止するアンチキャビテーション作用と前記リリーフ弁による油圧ブレーキ作用とを行う油圧ブレーキ回路と、
　この油圧ブレーキ回路をタンクに接続するメイクアップラインと、
　前記メイクアップラインに設けられて当該メイクアップラインに背圧を発生させる背圧弁と、
　前記回生モータから排出された作動油である回生排出油をこの回生排出油が前記背圧弁を通るルートで前記タンクに戻す第１回生タンクラインと、
　前記回生排出油をこの回生排出油が前記背圧弁を通らないルートで直接前記タンクに戻す第２回生タンクラインと、
　前記回生排出油が前記第１回生タンクラインを通って前記タンクに戻るのを許容する第１位置と前記回生排出油が前記第２回生タンクラインを通って前記タンクに戻るのを許容する第２位置とを有し、当該第１及び第２位置との間で切換可能な回生タンクライン切換弁と、
　前記旋回モータが減速状態であることを検出する旋回減速検出部と、
　前記旋回減速検出部が前記減速状態を検出したときは前記回生タンクライン切換弁を前記第１位置に切換え、前記旋回減速検出部が前記減速状態を検出しないときは前記回生タンクライン切換弁を前記第２位置に切換える回生タンクライン切換制御部と、を備える、建設機械の油圧駆動装置。
　請求項１記載の建設機械の油圧駆動装置であって、前記メイクアップラインの圧力を検出する圧力検出器をさらに備え、前記回生タンクライン切換制御部は、前記圧力検出器によって検出された圧力が、予め設定された圧力であって前記背圧弁によって生成される背圧に相当する圧力の値以上であるときは、前記減速状態の検出にかかわらず前記回生ライン切換弁を前記第２位置に切換える、建設機械の油圧駆動装置。
　請求項１または２記載の建設機械の油圧駆動装置であって、旋回減速検出部は、前記上部旋回体の旋回速度を検出する旋回速度検出器と、この旋回速度検出器が検出する旋回速度の変化に基づいて当該旋回が減速状態にあるか否かを判定する減速状態判定部と、を含む、建設機械の油圧制御装置。
　請求項１または２記載の建設機械の油圧駆動装置であって、旋回減速検出部は、前記上部旋回体の旋回速度を検出する旋回速度検出器と、この旋回速度検出器が検出する旋回速度の変化に基づいて当該旋回が減速状態にあるか否かを判定する減速状態判定部と、を含む、建設機械の油圧制御装置。