WO2016017802A1 - 油圧駆動装置 - Google Patents

Abstract

　油圧駆動装置は、下げ駆動時に油圧アクチュエータから排出される作動油を受け入れるアキュムレータと、閉回路からアキュムレータへ導入される作動油の流量を変化させることが可能なアキュムレータ流量調節器と、アキュムレータが蓄える作動油のエネルギーを動力に変換する回生アクチュエータと、アキュムレータと回生アクチュエータとの間に介在する回生切換弁と、下げ駆動時にポンプ吐出流量を制限するポンプ制御部と、下げ駆動時に油圧アクチュエータの作動速度を目標速度に近づけるようにアキュムレータ流量調節器を操作する速度制御部と、を備える。

Description

油圧駆動装置

　本発明は、油圧駆動装置に関する。より詳しくは、本発明は、建設機械等における負荷を油圧によって駆動するための装置に関する。

　従来、建設機械等における負荷を駆動するための装置として、当該負荷に連結される油圧アクチュエータと、こ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、この油圧ポンプと前記油圧アクチュエータとの間に介在するコントロールバルブと、を備えたものが、一般に知られている。このコントロールバルブが、前記油圧ポンプから前記油圧アクチュエータへの作動油の給排の制御を行う。この装置は、いわゆる開回路を基本とするものであり、タンク内に収容される作動油が前記油圧ポンプにより吸入されて前記コントロールバルブを通じて前記油圧アクチュエータに供給され、当該油圧アクチュエータから排出される作動油が前記コントロールバルブを通じて前記タンクに戻される。

　この開回路式の装置に対し、特許文献１には、いわゆる閉回路型の油圧駆動装置が開示されている。この装置は、可変容量型の油圧ポンプと油圧アクチュエータとを備える。この油圧ポンプと油圧アクチュエータは閉回路を構成するように接続され、当該油圧ポンプから吐出される作動油が当該閉回路内を循環しながら前記油圧アクチュエータを動かす。この装置では、前記油圧ポンプの容量や回転数の調節によって前記油圧アクチュエータの速度が制御されるため、前記のようなコントロールバルブが不要である。従って、当該コントロールバルブの圧損による動力損失をなくして省エネルギー化を図ることができる利点がある。

日本国特開２０１３－１１７０９８号公報

　油圧駆動装置の中には、例えば、クレーンに設けられる油圧ウインチや、油圧ショベルのブームやアームを動かす装置のように、負荷に対して重力が作用する方向すなわち下げ方向に当該負荷を動かすことを要求されるものがある。このような下げ方向の駆動にあたっては、降下する負荷及びこれに接続される油圧アクチュエータに適当なブレーキ力を与えて当該下げ方向の速度を適正な速度に制御しながら、当該負荷のもつ運動エネルギーや位置エネルギーを効率よく回収すること、すなわち回生することが重要な課題である。

　しかし、このような下げ方向の駆動が要求される油圧アクチュエータを、前記のようないわゆる閉回路式の装置で駆動する場合において、当該下げ方向の速度を適正に制御しながら当該負荷のもつ運動エネルギーや位置エネルギーを効率よく回収する手段については何ら提供されていないのが実情である。

　前記特許文献１には、前記油圧アクチュエータが可変容量型の油圧モータであることを前提に、当該可変容量油圧モータの容量を調節することによってブレーキトルクを制御する技術が開示されている。しかしながら、この技術は当該油圧モータのもつ可変容量機能に依存するものであるから、当該油圧アクチュエータが油圧シリンダや固定容量型油圧ポンプのように可変容量機能を有しない場合には成立しない。

　本発明は、このような事情に鑑み、油圧アクチュエータを用いて負荷を当該負荷に重力が作用する方向と同じ下げ方向に駆動することが可能な装置であって、前記油圧アクチュエータの可変容量機能の有無にかかわらず、前記下げ方向の速度を制御しながら効率よくエネルギーの回生を行うことができる油圧駆動装置を提供することを目的とする。

　本発明者らは、前記回生を行う手段として、下げ駆動時に閉回路において油圧アクチュエータから油圧ポンプに戻る作動油の一部を蓄えるアキュムレータを採用することに想到した。これに加え、本発明者らは、当該閉回路から当該アキュムレータに導入される作動油の流量を調節することによって前記油圧アクチュエータの下げ方向の速度ひいては負荷の速度を制御することが可能である点に想到した。すなわち、前記アキュムレータの使用により、下げ駆動時における有効な回生と速度制御の双方を簡素な構成で実現することに想到した。

　本発明は、このような観点からなされたものである。本発明は、負荷を油圧によって動かすための油圧駆動装置であって、負荷を油圧によって動かすための油圧駆動装置であって、前記負荷に接続されて当該負荷を動かすように作動する油圧アクチュエータと、作動油を吐出するとともにその吐出流量を変化させることが可能な油圧ポンプであって、当該油圧ポンプから吐出される作動油を前記油圧アクチュエータに供給しかつこの油圧アクチュエータから排出される作動油を前記油圧ポンプの吸入側に戻す閉回路を構成するように前記油圧アクチュエータに接続される油圧ポンプと、この油圧ポンプを駆動して当該油圧ポンプに作動油を吐出させる駆動源と、前記閉回路内の圧力が予め定められた設定圧よりも低い場合に当該閉回路に作動油を補充するチャージ回路と、前記負荷に重力が作用する方向の成分を含む下げ方向に当該負荷を動かすように前記油圧アクチュエータが作動する下げ駆動時に当該油圧アクチュエータから排出される作動油を受け入れることが可能となるように前記閉回路に接続されるアキュムレータと、前記閉回路と前記アキュムレータとの間に介在し、当該閉回路から当該アキュムレータへの作動油の流量を変化させるアキュムレータ流量調節器と、前記アキュムレータにより蓄えられた作動油のエネルギーによって駆動されることにより当該エネルギーを動力に変換する回生アクチュエータと、前記アキュムレータと前記回生アクチュエータとの間に介在し、前記アキュムレータから前記回生アクチュエータへの作動油の供給を許容する位置と遮断する位置とに切換えられる回生切換弁と、前記下げ駆動時に前記油圧ポンプの吐出流量を予め設定された回生用流量に制限するポンプ制御部と、前記下げ駆動時に前記油圧アクチュエータの作動速度を目標速度に近づけるように前記アキュムレータ流量調節器を操作する速度制御部と、を備える。

　この装置によれば、下げ駆動時、すなわち、負荷を下げ方向に動かす向きに油圧アクチュエータが作動する時に、ポンプ吐出速度制御部が油圧ポンプの吐出流量を予め設定された回生用流量に制限する。一方、油圧アクチュエータから排出される作動油がアキュムレータ流量調節器を通じてアキュムレータに導入されることにより、余剰の作動油が当該アキュムレータに蓄えられる。さらに、油圧アクチュエータの下げ方向の作動速度が目標速度に近づくように速度制御部が前記アキュムレータ流量調節器を操作することにより、油圧アクチュエータの作動速度ひいては負荷の下げ方向の速度が適正に制御される。そして、アキュムレータに作動油が受け入れられた後、回生切換弁が適宜開かれてアキュムレータ内の作動油が回生アクチュエータに供給される。これにより、作動油の持つエネルギーを回生アクチュエータが動力に変換し、下げ駆動時における負荷の運動エネルギーや位置エネルギーの回収すなわち回生を行うことができる。

　前記速度制御部は、例えば、前記油圧アクチュエータから前記アキュムレータに導入される作動油の流量であるアキュムレータ導入流量を、前記目標速度に対応する前記排出作動油の流量である目標排出流量と前記油圧ポンプの前記回生用容量に相当するポンプ吸収容量との差である目標導入流量に近づけるように、前記アキュムレータ流量調節器を操作するものが、好適である。これにより、実際に油圧アクチュエータから排出される作動油の流量を検出しなくても、当該作動油の流量を前記目標速度に対応した流量に制御することが可能である。

　より具体的には、前記油圧駆動装置が、前記下げ方向に作動する油圧アクチュエータから排出される排出作動油の圧力である排出圧を検出する排出圧検出器と、前記アキュムレータに導入される作動油の圧力であるアキュムレータ圧を検出するアキュムレータ圧検出器と、をさらに備え、前記速度制御部が、前記排出圧と前記アキュムレータ圧との差により求められる前記アキュムレータ導入流量を前記目標導入流量に近づけるように前記流量調節部を操作するものが、好適である。この装置は、排出作動油の圧力及びアキュムレータ圧を検出するだけの簡素な構成で、下げ駆動時における油圧アクチュエータの作動速度を目標速度に近づける制御を行うことが可能である。

　あるいは、前記アキュムレータ流量調節器が、変化可能な開口面積を有する可変絞りと、この可変絞りの上流側圧力と下流側圧力との差である前後差圧を一定に保つように開閉動作する流量調節弁と、を含むものである場合、前記速度制御部は、前記可変絞りの前後差圧が前記目標導入流量に相当する前後差圧となるように当該可変絞りを操作するものが、好適である。このことにより、排出圧やアキュムレータ圧の検出を行わずに適正な速度制御を行うことも、可能である。

　一方、前記アキュムレータから前記回生アクチュエータの作動油の供給については、前記回生アクチュエータの生成する動力が必要なときに前記アキュムレータから前記回生アクチュエータへの作動油の供給を許容するように前記回生切換弁の開閉操作を行う回生制御部をさらに備えることが好ましい。

　具体的には、前記回生アクチュエータが前記油圧ポンプの駆動について前記駆動源をアシストすることが可能となるように当該駆動源に接続され、前記回生制御部が前記負荷をこれに作用する重力に逆らう方向である上げ方向に動かす向きに前記油圧アクチュエータが作動する上げ駆動時に前記アキュムレータから前記回生アクチュエータへの作動油の供給を許容するように前記回生切換弁を開くと、好適である。この装置によれば、負荷に作用する重力に逆らわない方向である下げ方向に負荷を動かす下げ駆動時にアキュムレータに回収したエネルギーを利用して、重力に逆らって負荷を動かす上げ駆動時に油圧ポンプを駆動する駆動源をアシストすることができる。これにより、回生エネルギーの合理的な活用が達成される。

　回生動力の活用は前記油圧ポンプの駆動についてのアシストに限られない。例えば、前記駆動源が前記油圧ポンプに加えて当該油圧ポンプとは別の油圧機器を駆動するために当該油圧機器に接続されている場合に、前記回生制御部は当該別の油圧機器の駆動力が要求されるときに前記アキュムレータから前記回生アクチュエータへの作動油の供給を許容するように前記回生切換弁を開くものであってもよい。この装置によれば、別の油圧機器の駆動にも回生動力を利用することにより、回生アクチュエータの作動時間すなわちアキュムレータの蓄えたエネルギーを動力に変換する時間を長くとることが可能である。このことは、回生アクチュエータとして比較的小型のものを用いながらもアキュムレータに蓄えられたエネルギーを有効に使い切ることを可能にする。

　本発明において、下げ駆動時に油圧アクチュエータから排出される作動油の逃がし先は、アキュムレータのみに限定されない。例えば、下げ駆動時に油圧アクチュエータから排出される作動油は、アキュムレータと、油圧アクチュエータ及び油圧ポンプを含む閉回路とは別の回生油圧回路と、の双方に逃がされてもよい。具体的には、前記油圧駆動装置が、前記閉回路と前記回生油圧回路との間に介在して当該閉回路から当該回生油圧回路に供給される作動油の流量である回生流量を変化させる回生流量調節器をさらに備え、前記速度制御部は、前記下げ駆動時に前記油圧アクチュエータの作動速度を前記目標速度に近づけるように前記アキュムレータ流量調節器及び前記回生流量調節器を操作するのが、よい。

　この装置では、下げ駆動時に油圧アクチュエータから排出される作動油の一部をアキュムレータに加えてこれとは別の回生油圧回路にも逃がすことができる分、下げ駆動時に油圧アクチュエータの作動速度を目標速度に近づけるために必要なアキュムレータ導入流量すなわちアキュムレータに導入される作動油の流量を減らすことができ、これにより、アキュムレータの必要容量を削減することが可能である。

　この場合、前記油圧駆動装置は、前記下げ駆動時に前記油圧アクチュエータから排出される排出作動油の圧力である排出圧と前記回生油圧回路において前記回生流量調節器を通じて前記回生油圧回路に作動油が導入される部分の圧力である導入部位圧とのうちいずれの圧力が大きいかについての情報を生成する圧力検出部をさらに備え、前記速度制御部は、前記排出圧が前記導入部位圧より高い場合にのみ前記回生流量調節器における作動油の流通を許容することが、好ましい。このことは、排出圧が導入部位圧よりも低い場合に回生油圧回路から閉回路に作動油が逆流することをより確実に防ぐ。

　前記回生油圧回路が、作動油を吐出するとともにその吐出流量を変化させることが可能な油圧ポンプからなる回生側油圧ポンプと、この回生側油圧ポンプが吐出する作動油によって駆動される回生側油圧アクチュエータと、を含む場合、前記油圧駆動装置は、前記回生流量調節器により調節される前記回生流量またはその回生流量について設定される目標回生流量の分だけ前記回生側油圧ポンプの吐出流量を減らす回生側ポンプ制御部をさらに備えることが、好ましい。この回生側ポンプ制御部による制御は、回生流量の有無及び大小にかかわらず回生側油圧アクチュエータに供給される作動油の総流量を安定させることができる。

　以上のように、本発明によれば、油圧アクチュエータを用いて負荷を当該負荷に重力が作用する方向と同じ下げ方向に駆動することが可能な装置であって、前記油圧アクチュエータの可変容量機能の有無にかかわらず、前記下げ方向の速度を制御しながら効率よくエネルギーの回生を行うことができる油圧駆動装置が提供される。

本発明の第１の実施の形態に係る油圧駆動装置を示す回路図である。 第１の実施の形態に係る油圧駆動装置におけるコントローラの機能構成を示すブロック図である。 第１の実施の形態に係るコントローラが行う演算制御動作を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施の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３の実施の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４の実施の形態に係る油圧駆動装置を示す回路図である。 第４の実施の形態に係る油圧駆動装置におけるコントローラの機能構成を示すブロック図である。 第４の実施の形態に係るコントローラが行う演算制御動作を示すフローチャートである。 本発明の第５の実施の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６の実施の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７の実施の形態に係る油圧駆動装置を示す回路図である。

　本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

　図１は、本発明の第１の実施の形態に係る油圧駆動装置を示す。この装置は、負荷２を油圧によって動かすための装置であって、油圧アクチュエータである油圧シリンダ１０と、油圧シリンダ１０に作動油を供給するための油圧ポンプ２０と、補助油圧ポンプ２４と、これらの油圧ポンプ２０，２４を駆動するための駆動源２６と、チャージ回路３０と、回生回路４０と、複数の圧力センサ５１，５２，５３と、操作装置５６と、コントローラ６０と、を備える。

　油圧シリンダ１０は、負荷２を動かすように負荷２に接続される。この油圧シリンダ１０は、例えば油圧ショベルのブームを起伏させるブームシリンダであり、この場合、当該ブームが負荷２に相当する。油圧シリンダ１０の用途はこれに限定されず、負荷２に重力が作用する方向の成分を含む下げ方向、すなわち下方向または斜め下方向に負荷２を動かすものが広く含まれる。また、本発明に係る油圧アクチュエータは油圧シリンダ１０に限定されず、例えば油圧モータであってもよい。この油圧モータがクレーンの油圧ウインチのウインチドラムの駆動に用いられる場合、当該油圧ウインチの吊り荷が負荷２に相当する。

　図１に示される油圧シリンダ１０は、シリンダ本体１２と、このシリンダ本体１２内に装填されるピストン１４と、このピストン１４につながるロッド１６と、を有し、ロッド１６の先端が負荷２に接続される。ピストン１４は、シリンダ本体１２内の空間をロッド１６のある側のロッド側室１７とその反対側のへッド側室１８とに区画する。

　この実施の形態に係る油圧シリンダ１０は、ロッド１６が上向きに延びる姿勢で配置される。従って、油圧シリンダ１０は、へッド側室１８への作動油の供給を受けてロッド側室１７から作動油を排出することにより伸長し、負荷２に作用する重力に逆らう方向である上げ方向に負荷２を動かす。逆に、油圧シリンダ１０は、ロッド側室１７への作動油の供給を受けてヘッド側室１８から作動油を排出することにより収縮し、負荷２に重力が作用する方向と同じ下げ方向に負荷２を動かす。この油圧シリンダ１０の向きは、逆であってもよい。

　油圧ポンプ２０は、駆動源２６によって駆動されることにより作動油を吐出し、油圧シリンダ１０に供給する。さらに、この油圧ポンプ２０は、その回転方向の切換及び吐出流量の変更が可能なものである。具体的に、この実施の形態に係る油圧ポンプ２０は、正逆両方向に傾転角の変更が可能なタイプの可変容量型油圧ポンプにより構成される。

　この油圧ポンプ２０は、油圧ポンプ２０から吐出される作動油を油圧シリンダ１０に供給し且つこの油圧シリンダ１０から排出される作動油を油圧ポンプ２０の吸入側に戻す閉回路４を構成するように、油圧シリンダ１０に接続される。具体的に、この油圧ポンプ２０は、それぞれが吐出ポートと吸入ポートを兼ねる第１ポート２１及び第２ポート２２を有する。第１ポート２１は第１配管５を介して油圧シリンダ１０のロッド側室１７に接続され、第２ポート２２は第２配管６を介して油圧シリンダ１０のへッド側室１８に接続されている。

　油圧ポンプ２０の回転方向は、油圧ポンプ２０が第１ポート２１から作動油を吐出して第２ポート２２から作動油を吸入する第１方向と、第２ポート２２から作動油を吐出して第１ポート２１から作動油を吸入する第２方向と、に切換えられることが可能である。前記第１方向は、油圧シリンダ１０を収縮させて負荷２を下げ方向に移動させる回転方向であり、前記第２方向は、油圧シリンダ１０を伸ばして負荷２を上げ方向に移動させる回転方向である。

　閉回路４には、第１及び第２リリーフ弁７，８が接続される。第１リリーフ弁７は、第１配管５とタンクとの間に介在し、第１配管５内の圧力が設定圧以上になったときに開弁する。同様に、第２リリーフ弁８は、第２配管６とタンクとの間に介在し、第２配管６内の圧力が設定圧以上になったときに開弁する。

　補助油圧ポンプ２４は、例えば可変容量型油圧ポンプからなる。補助油圧ポンプ２４は、第２配管６に逆流防止用のチェック弁２３を介して接続され、油圧シリンダ１０の伸長時、すなわち上げ方向の駆動時である上げ駆動時に、ロッド側室１７とへッド側室１８の面積の差に相当する作動油の補充を第２配管６に対して行う。ロッド側室１７の面積はロッド１６の面積の分だけへッド側室１８の面積よりも小さい。それゆえ、閉回路４における作動油の良好な循環を維持しながら油圧シリンダ１０を伸長させるためには、油圧ポンプ２０から油圧シリンダ１０のへッド側室１８に供給される作動油を、前記面積の差に相当する分だけ、油圧シリンダ１０のロッド側室１７から油圧ポンプ２０に戻る作動油よりも増量しなければならない。補助油圧ポンプ２４は、上げ駆動時に駆動源２６により駆動されて第２配管６に作動油の補給を行う。

　この補助油圧ポンプ２４は、本発明において必ずしも要しない。例えば、負荷に接続される油圧アクチュエータが油圧モータである場合には補助油圧ポンプ２４の省略が可能である。

　駆動源２６は、油圧ポンプ２０及び補助油圧ポンプ２４の双方を駆動するための動力を生成する。具体的には、駆動源２６の出力軸が、各油圧ポンプ２０，２４の入力軸に連結されている。この駆動源２６は、燃料の供給を受けて動力を生成するエンジンであってもよいし、電力の供給を受けて作動する電動機であってもよい。後者の場合、電動機の回転数の調節によって油圧ポンプ２０の吐出流量を制御することが可能であるため、油圧ポンプ２０は必ずしも可変容量型であることを要しない。すなわち、この場合は油圧ポンプ２０が固定容量型であってもよい。

　チャージ回路３０は、閉回路４内の圧力が予め定められた設定圧よりも低くなった場合に閉回路に作動油を補充する。具体的には第１及び第２配管５，６のうちのいずれかにおける作動油の圧力が前記設定圧以下に低下した場合に、チャージ回路３０がその配管に対して作動油の補給を行う。チャージ回路３０は、作動油の補給のための手段として、チャージポンプ３２と、チャージ配管３４と、第１及び第２チェック弁３５，３６と、リリーフ弁３８と、を含む。

　チャージポンプ３２は、油圧ポンプからなり、油圧ポンプ２０，２４と同様に駆動源２６からの動力の供給を受けて作動油を吐出し、チャージ配管３４を通じて第１配管５または第２配管６に作動油を供給する。チャージ配管３４は、チャージポンプ３２の吐出口と第１及び第２配管５，６とを接続するように途中で分岐する。第１及び第２チェック弁３５，３６は、チャージ配管３４のうち第１配管５及び第２配管６にそれぞれ分岐した部分に設けられ、第１及び第２配管５，６からチャージポンプ３２への逆流を阻止する。

　リリーフ弁３８は、第１及び第２配管５，６のいずれかにおける作動油の圧力が前記設定圧以下となった場合にのみチャージポンプ３２からその設定圧以下となった配管への作動油の供給を許容するように、作動する。具体的に、リリーフ弁３８は、チャージ配管３４とタンクとの間に介在し、その一次圧が前記設定圧以上である場合に開弁してチャージポンプ３２の吐出する作動油をタンクに逃がすことにより作動油の閉回路４への補給を阻止する。一方、リリーフ弁３８は、前記一次圧が前記設定圧よりも低くなった場合に閉弁して前記チャージポンプ３２から第１配管５または第２配管６への作動油の補給を許容する。

　回生回路４０は、負荷２を下げ方向に動かすように油圧シリンダ１０が作動する下げ駆動時に負荷２のもつ位置エネルギーまたは運動エネルギーの回生を行うとともに、負荷２の下げ方向の速度を制御するための回路である。具体的に、この回生回路４０は、アキュムレータ４２と、蓄圧弁４４と、回生モータ４６と、回生切換弁４８と、を含む。

　アキュムレータ４２は、下げ駆動時に油圧シリンダ１０のへッド側室１８から第２配管６に排出される作動油の一部を受け入れて蓄えるように、第２配管６に蓄圧弁４４を介して接続されている。

　蓄圧弁４４は、第２配管６からアキュムレータ４２への作動油の流量を調節するために第２配管６とアキュムレータ４２との間に介在するものであり、本発明に係るアキュムレータ流量調節器に相当する。この実施の形態に係る蓄圧弁４４はパイロットポート４４ａを有するパイロット式の切換弁であり、パイロットポート４４ａに入力されるパイロット圧に対応した開度で開弁し、当該開度に対応した流量で第２配管６からアキュムレータ４２への作動油の流入を許容する。パイロットポート４４ａは電磁比例弁４５を介して図略のパイロット油圧源に接続されている。電磁比例弁４５はコントローラ６０から入力される流量指令信号に対応した開度で開弁することにより、パイロット油圧源からパイロットポート４４ａに入力されるパイロット圧の大きさを変化させる。また、蓄圧弁４４と第２配管６との間には、アキュムレータ４２から第２配管６への作動油の逆流を阻止するチェック弁４１が介在する。

　回生モータ４６は、アキュムレータ４２により蓄えられた作動油のエネルギーによって駆動されることにより当該エネルギーを動力に変換する回生アクチュエータであり、アキュムレータ４２に対して蓄圧弁４４と並列に接続されている。回生モータ４６は、詳しくは、アキュムレータ４２から蓄圧弁４４とは別の経路でタンクに至る配管の途中に設けられる。回生モータ４６は、アキュムレータ４２から供給される作動油のエネルギーによって回転駆動され、当該作動油をタンクに排出する。さらに、この実施の形態では回生モータ４６が油圧ポンプ２０，２４とともに駆動源２６に接続され、油圧ポンプ２０，２４の駆動について、回生モータ４６が生成する動力によって駆動源２６をアシストすることが可能となっている。

　回生切換弁４８は、アキュムレータ４２と回生モータ４６との間に介在し、アキュムレータ４２から回生モータ４６への作動油の供給を許容する位置と遮断する位置とに切換えられる。この実施の形態に係る回生切換弁４８はパイロットポート４８ａを有する切換弁であり、パイロットポート４８ａに入力されるパイロット圧に対応した開度で開弁し、当該開度に対応した流量でアキュムレータ４２から回生モータ４６への作動油の供給を許容する。パイロットポート４８ａは電磁比例弁４９を介してパイロット油圧源に接続されている。電磁比例弁４９はコントローラ６０から入力される回生指令信号に対応した開度で開弁することにより、パイロット油圧源からパイロットポート４８ａに入力されるパイロット圧の大きさを変化させる。また、回生切換弁４８と回生モータ４６との間には、回生モータ４６からアキュムレータ４２への逆流を阻止するチェック弁４７が設けられている。

　回生切換弁４８は、前記のような流量調節機能を有するものでない単なる切換弁、例えば電磁切換弁であってもよい。回生モータ４６の駆動速度は、回生切換弁４８による流量調節により制御可能であるが、回生モータ４６が図１に示される可変容量型油圧モータである場合にはその容量の操作によっても制御可能である。

　圧力センサ５１，５２，５３は、それぞれが設けられた位置での作動油の圧力を感知し、これを電気信号である圧力検出信号に変換する。具体的に、圧力センサ５１は、第１配管５内の作動油の圧力Ｐ１を検出し、圧力センサ５２は第２配管６内の作動油の圧力Ｐ２を検出する。この第２配管６内の圧力Ｐ２は、下げ駆動時に油圧シリンダ１０のへッド側室１８から排出される作動油の圧力である「排出圧」に相当する。すなわち、圧力センサ５２は「排出圧検出器」に相当する。圧力センサ５３は、アキュムレータ４２に導入される作動油の圧力Ｐａを検出するものであり、この圧力は「アキュムレータ圧」に相当する。すなわち、圧力センサ５３は本発明にいう「アキュムレータ圧検出器」に相当する。

　操作装置５６は、操作部材５７、例えば操作レバー、を備え、この操作部材５７の操作方向及び操作量に対応した電気信号である操作信号を生成する。操作部材５７の操作方向により、油圧ポンプ２０の回転方向すなわち油圧シリンダ１０の作動方向が指定され、操作部材５７の操作量により油圧シリンダ１０の作動速度が指定される。この実施の形態では、操作部材５７の操作により指定された速度が油圧シリンダ１０の目標速度となる。

　圧力センサ５１，５２，５３が生成する圧力検出信号及び操作装置５６が生成する操作信号は、いずれもコントローラ６０に入力される。コントローラ６０は、例えばマイクロコンピュータからなり、圧力検出信号及び操作信号の入力に基づき、各種制御を行う。

　具体的に、この実施の形態に係るコントローラ６０は、その主要な機能として、図２に示されるポンプ制御部６２、速度制御部６４及び回生制御部６６を有する。

　ポンプ制御部６２は、装置の運転状態に応じて各油圧ポンプ２０，２４の容量を変化させる。ポンプ制御部６２は、具体的には、油圧ポンプ２０，２４にそれぞれ付設されたレギュレータに容量指令信号を出力して油圧ポンプ２０，２４の傾転角を変化させる。ポンプ制御部６２は、操作装置５６から入力される操作信号に基づき、油圧ポンプ２０の回転方向及び容量を決定し、当該回転方向及び容量に対応した油圧ポンプ２０の傾転角を油圧ポンプ２０に指令する。

　ポンプ制御部６２は、さらに、下げ駆動時における有効な回生を行うために、下げ駆動時に油圧ポンプ２０の吐出流量を予め設定された回生用流量に制限する機能を有する。ポンプ制御部６２は、具体的には油圧ポンプ２０の容量を予め設定された回生用容量ｑｐまで下げる機能を有する。この回生用容量ｑｐは、例えば油圧ポンプ２０の最低容量またはこれに近い容量であることが好ましい。油圧ポンプ２０が固定容量型油圧ポンプであって駆動源２６が電動機である場合は、ポンプ制御部６２は、下げ駆動時に電動機の回転数を予め設定された回生用回転数に制限する制御を行えばよい。

　速度制御部６４は、上げ駆動時には蓄圧弁４４を閉弁させて第２配管６からアキュムレータ４２への作動油の流入を阻止する。一方、速度制御部６４は、下げ駆動時には蓄圧弁４４を開弁させるとともに、油圧シリンダ１０の作動速度すなわち収縮速度を目標速度に近づけるように、蓄圧弁４４の開度を変化させる。この目標速度は、この実施の形態では前記のように操作装置５６の操作部材５７の操作により指定された速度であるが、それ以外の速度、例えば予め設定された速度であってもよい。速度制御部６４は、具体的には、蓄圧弁４４に接続された電磁比例弁４５に流量指令信号を入力して、電磁比例弁４５から蓄圧弁４４に当該流量指令信号に対応したパイロット圧を入力させる。これにより、速度制御部６４は、蓄圧弁４４における作動油の流量すなわち第２配管６からアキュムレータ４２に流入する作動油の流量を調節する。油圧シリンダ１０の収縮速度の制御の具体的手法については後に詳述する。

　回生制御部６６は、回生切換弁４８を開閉操作することにより、アキュムレータ４２から回生モータ４６への作動油の供給の制御、すなわち、アキュムレータ４２に蓄えられた作動油のエネルギーを動力に変換する回生動作の制御、を行う。具体的には、回生制御部６６は、回生切換弁４８に接続された電磁比例弁４９に回生指令信号を入力して、電磁比例弁４９から回生切換弁４８に当該回生指令信号に対応したパイロット圧を入力させる。これにより、回生制御部６６は、回生切換弁４８における作動油の流量すなわちアキュムレータ４２から回生モータ４６に供給される作動油の流量を調節する。

　次に、コントローラ６０が実際に行う演算制御動作及びこれに伴う装置の作用を、図３のフローチャートを併せて参照しながら説明する。

　まず、操作装置５６の操作部材５７が負荷２を下げ方向に動かす駆動を指令するように操作された場合（ステップＳ１でＹＥＳ）、ポンプ制御部６２は、補助油圧ポンプ２４を停止させる一方で油圧ポンプ２０を下げ方向に対応する方向すなわち第１方向に回転させるように、指令信号を油圧ポンプ２０のレギュレータに入力する（ステップＳ２）。この第１方向は、換言すれば、油圧シリンダ１０を収縮方向に作動させる回転方向である。すなわち、第１方向は、油圧ポンプ２０の第１ポート２１から第１配管５を通じて油圧シリンダ１０のロッド側室１７に作動油を供給するとともに油圧シリンダ１０のへッド側室１８内の作動油を第２配管６を通じて油圧ポンプ２０の第２ポート２２に戻す方向である。

　このように負荷２に重力が作用する方向の成分を含む下げ方向である収縮方向に油圧シリンダ１０が作動するため、負荷２に作用する重力の分だけヘッド側室１８の圧力が高くなる一方、ロッド側室１７の圧力は低くなる。これにより、ヘッド側室１８から高圧の作動油が排出される。

　この下げ駆動時において、回生制御部６６は、回生切換弁４８を閉弁させてアキュムレータ４２から回生モータ４６への作動油の供給を遮断し（ステップＳ３）、ポンプ制御部６２は、回生を可能にすべく油圧ポンプ２０の容量を回生用容量ｑｐまで下げる（ステップＳ４）。一方、速度制御部６４は蓄圧弁４４を開弁させて、第２配管６からアキュムレータ４２への作動油の流入すなわちアキュムレータ４２の蓄圧を許容するとともに、その流入する作動油の流量を調節する。これによって、速度制御部６４は、油圧シリンダ１０の下げ方向の作動速度すなわち収縮速度Ｖを、操作部材５７の操作により指定された目標速度Ｖｒに近づける制御を行う（ステップＳ５）。

　当該制御の具体的手法として、速度制御部６４は、アキュムレータ導入流量Ｑａを、目標導入流量Ｑａｒに近づけるように、アキュムレータ流量調節器である蓄圧弁４４の開度を変化させる。アキュムレータ導入流量Ｑａは、圧力センサ５２が検出する排出圧である排出作動油の圧力（第２配管６内の圧力）Ｐ２と圧力センサ５３が検出するアキュムレータ圧Ｐａとの差から求められる作動油の流量、すなわち油圧シリンダ１０からアキュムレータ４２に導入される作動油の流量である。目標導入流量Ｑａｒは、目標速度Ｖｒに対応する排出作動油の流量である目標排出流量Ｑｈｒと油圧ポンプ２０の回生用容量ｑｐに対応するポンプ吸収流量Ｑｐとの差であり、すなわち、Ｑａｒ＝Ｑｈｒ－Ｑｐである。速度制御部６４は、このようにして、排出圧Ｐ２及びアキュムレータ圧Ｐａという簡素な情報をもとに、下げ駆動時における油圧シリンダ１０の速度制御を行うことができる。

　当該制御の原理は次のとおりである。いま、油圧シリンダ１０のヘッド側室１８の面積をＡｈとすると、目標速度Ｖｒに対応するヘッド側室１８からの排出作動油の流量である目標排出流量Ｑｈｒは、Ｑｈｒ＝Ａｈ×Ｖｒで表される。一方、油圧ポンプ２０の回転数をＮｐとすると、回生用容量ｑｐに対応する油圧ポンプ２０の吸収流量Ｑｐは、Ｑｐ＝ｑｐ×Ｎｐで表される。従って、Ｑｈ＞Ｑｐ＝ｑｐ×Ｎｐとなるように回生用容量ｑｐが設定されれば下げ駆動時のエネルギーの回生が可能である。

　この場合において、実際の排出作動油（油圧シリンダ１０のへッド側室１８から排出される作動油）の流量Ｑｈと、蓄圧弁４４を流れる作動油の流量すなわち第２配管６からアキュムレータ４２に流入する作動油の流量であるアキュムレータ導入流量Ｑａとの関係は、Ｑａ＝Ｑｈ－Ｑｐとなる。従って、蓄圧弁４４における流量Ｑａを目標導入流量Ｑａｒ＝Ｑｈｒ－Ｑｐに近づけるようにアキュムレータ導入流量Ｑａを調節すれば、実際の油圧シリンダ１０の作動速度を目標速度Ｖｒに近づけることができ、すなわち速度制御が可能である。

　一方、蓄圧弁４４における流量Ｑａは、蓄圧弁４４の開口面積をＡｒ、流量係数をＣｖとすると、圧力センサ５２，５３がそれぞれ検出する排出圧（第２配管６内の圧力）Ｐ２及びアキュムレータ圧Ｐａから次式に基いて求められる。

　Ｑａ＝Ａｒ×Ｃｖ×√（Ｐ２－Ｐａ）…（１）
　このように、アキュムレータ導入流量Ｑａは、排出圧Ｐ２及びアキュムレータ圧Ｐａから前記（１）式に基づき求められる。速度制御部６４は、このアキュムレータ導入流量Ｑａを目標導入流量Ｑａｒに近づけるように開口面積Ａｒを操作する（すなわち電磁比例弁４５に流量指令信号を入力する）フィードバック制御を実行することにより、油圧シリンダ１０の下げ方向の作動速度を適正に制御することができる。あるいは、速度制御部６４は、前記の（１）式から導かれる次の（２）式を満足するように開口面積Ａｒを排出圧Ｐ２及びアキュムレータ圧Ｐａに基いて操作することにより、油圧シリンダ１０の下げ方向の作動速度を適正に制御することができる。

　Ａｒ＝Ｑａｒ／［Ｃｖ×√（Ｐ２－Ｐａ）］…（２）
　一方、操作装置５６の操作部材５７が負荷２を上げ方向に動かす駆動を指令するように操作された場合（ステップＳ１でＮＯ）、ポンプ制御部６２は、補助油圧ポンプ２４を作動させるとともに油圧ポンプ２０を上げ方向に対応する第２方向に回転させるように、指令信号を入力する（ステップＳ６）。この第２方向は、換言すれば、油圧シリンダ１０を伸長方向に作動させる回転方向である。すなわち、第２方向は、油圧ポンプ２０の第２ポート２２から第２配管６を通じて油圧シリンダ１０のへッド側室１８に作動油を供給するとともに油圧シリンダ１０のロッド側室１７内の作動油を第１配管５を通じて油圧ポンプ２０の第１ポート２１に戻す方向である。

　このように負荷２に作用する重力に抗する上げ方向である伸長方向に油圧シリンダ１０を作動させることから、その駆動には大きな動力が必要となる。また、へッド側室１８とロッド側室１７との面積差に相当する第２配管６への作動油の補給のために、補助油圧ポンプ２４の作動が必要となる。

　この上げ駆動時において、速度制御部６４は、蓄圧弁４４を閉弁させて第２配管６からアキュムレータ４２への作動油の流入を阻止し（ステップＳ７）、ポンプ制御部６２は、運転状態に応じて油圧ポンプ２０の容量を制御する（ステップＳ８）。一方、回生制御部６６は回生切換弁４８を開弁させてアキュムレータ４２から回生モータ４６への作動油の供給を許容する（ステップＳ９）。これにより、回生モータ４６は当該作動油のエネルギーを動力に変換し、その動力でもって、油圧ポンプ２０，２４の駆動について駆動源２６のアシストを行う。これにより、油圧シリンダ１０を上げ方向に駆動するのに必要な動力が確保されるとともに、下げ駆動時に回収されたエネルギーの有効活用が達成される。

　本発明において、回生アクチュエータが生成する動力の活用は、油圧ポンプ２０，２４の駆動に限られない。例えば、第１の実施の形態に係る回生モータ４６が、駆動源２６とは別の駆動源に接続されてもよい。あるいは、駆動源２６が油圧ポンプ２０，２４とは別の油圧機器にも接続されていて当該油圧機器を駆動する場合に、その油圧機器の駆動について駆動源２６をアシストするように回生動力が用いられてもよい。この場合、回生制御部６６は前記別の油圧機器の駆動力が要求されるときにアキュムレータ４２から回生モータ４６への作動油の供給を許容するように回生切換弁４８を開くのがよい。

　この例を、第２の実施の形態として図４に示す。この第２の実施の形態に係る装置は、第１の実施の形態に係る装置の構成要素を全て含み、かつ、駆動源２６が、油圧ポンプ２０，２４に加えて、他の油圧シリンダ１０Ａを駆動するための他の油圧ポンプ２０Ａ及び補助油圧ポンプ２４Ａに接続されている。

　図４に示すように、油圧シリンダ１０Ａは、閉回路４の油圧シリンダ１０と同様にシリンダ本体１２、ピストン１４及びロッド１６を有する。ロッド１６は上を向く姿勢で配置され、ロッド１６の先端に負荷２Ａが接続される。従って、油圧シリンダ１０Ａは、その伸長により負荷２Ａの自重に抗して負荷２Ａを上昇させ（上げ駆動状態）、逆にその収縮により負荷２Ａの自重の向きに負荷２Ａを下降させる（下げ駆動状態）。

　油圧ポンプ２０Ａは、油圧ポンプ２０と同様に、油圧シリンダ１０Ａと閉回路４Ａを構成するように油圧シリンダ１０Ａに接続される。補助油圧ポンプ２４Ａは油圧シリンダ１０Ａの伸長時に閉回路４Ａへの作動油の補給を行う。具体的に、閉回路４Ａは、閉回路４と同様、第１配管５、第２配管６、第１及び第２リリーフ弁７，８にそれぞれ相当する第１配管５Ａ、第２配管６Ａ、第１及び第２リリーフ弁７Ａ，８Ａを含む。また、チャージ回路３０は、チャージポンプ３２の吐出口と第１及び第２配管５Ａ，６Ａとを接続するように途中で分岐するチャージ配管３４Ａと、このチャージ配管３４のうち第１配管５Ａ及び第２配管６Ａにそれぞれ分岐した部分に設けられる第１及び第２チェック弁３５Ａ，３６Ａを含む。

　この第２の実施の形態において、コントローラ６０の回生制御部は、油圧シリンダ１０の上げ駆動時に加え、油圧ポンプ２０Ａの駆動に大きな動力を要する油圧シリンダ１０Ａの上げ駆動時にも、アキュムレータ４２から回生モータ４６への作動油の供給を許容するように回生切換弁４８を開くのがよい。これにより、回生モータ４６の作動時間すなわちアキュムレータ４２の蓄えたエネルギーを動力に変換する時間を長くとることができ、回生モータ４６として比較的小型のものを用いながらアキュムレータ４２に蓄えられたエネルギーを有効に使い切ることができる。

　本発明に係るアキュムレータ流量調節器は、それ自身が流量調節機能をもつもの、例えば、コントローラ６０の速度制御部６４から指令される流量を実現するようにセルフコントロールを行うことが可能なものであってもよい。その例を第３の実施の形態として図５に示す。

　ここに示される装置は、図１に示される装置の蓄圧弁４４に代えてアキュムレータ流量調節器７０を備える。このアキュムレータ流量調節器７０は、可変絞り７１と流量調節弁７２とを有する。

　可変絞り７１は、パイロットポート７１ａを有する油圧パイロット式の流量制御弁からなり、パイロットポート７１ａに入力されるパイロット圧に対応した開口面積を実現するように開閉作動する。パイロットポート７１ａには、電磁比例弁７５を介して図略のパイロット油圧源が接続されている。コントローラ６０の速度制御部６４は、電磁比例弁７５に流量指令信号を入力することにより、その流量指令信号に対応したパイロット圧をパイロットポート７１ａに入力させる。

　流量調節弁７２は、可変絞り７１の上流側圧力と下流側圧力との差である前後差圧、つまり、この可変絞り７１を流れる作動油の流量に対応する差圧、を常に一定の設定差圧に保つように、開閉動作する。具体的に、この流量調節弁７２は、互いに反対の側に位置する一対のパイロットポートを有し、各パイロットポートに可変絞り７１の上流側圧力及び下流側圧力がそれぞれパイロット圧として入力され、その差に対応する開度で流量調節弁７２が開弁する。従って、この流量調節弁７２の開度は、可変絞り７１の開度と当該可変絞り７１における作動油の流量とによって決定される。

　このアキュムレータ流量調節器７０によれば、可変絞り７１の開度及び当該可変絞り内における作動油の流量によって変化する可変絞り７１の前後差圧が決められた設定差圧になるように、流量調節弁７２の開度が自動的に調節される。そのため、コントローラ６０の速度制御部６４は、目標導入流量Ｑａｒ（＝Ｑｈｒ－Ｑｐ）に対応する流量指令信号を電磁比例弁７５に入力するだけの単純な操作で、油圧シリンダ１０の排出作動油の流量を、目標速度Ｖｒに対応した目標排出流量Ｑｈｒに近づける制御を行うことが可能である。したがって、図１に示される圧力センサ５２，５３すなわち排出圧検出器及びアキュムレータ圧検出器が必要なくなる。

　本発明に係る速度制御部は、あるいは、排出作動油の流量を直接検出してこの流量を目標速度Ｖｒに対応する流量に近づけるようにアキュムレータ流量調節器を操作するものであってもよい。つまり、本発明に係る速度制御部は、アキュムレータ流量調節器におけるアキュムレータ流量を変化させるものであってもよい。

　本発明において、下げ駆動時に油圧アクチュエータから排出される作動油の逃がし先は、アキュムレータのみに限定されない。例えば、下げ駆動時に油圧アクチュエータから排出される作動油は、アキュムレータと、油圧アクチュエータ及び油圧ポンプを含む前記閉回路とは別の回生油圧回路、例えば図４に示された閉回路４Ａと、の双方に逃がされてもよい。その具体例を第４の実施の形態として図６に示す。

　図６に示す装置において、回生油圧回路に相当する閉回路４Ａのうち、油圧ポンプ２０Ａ及び油圧シリンダ１０Ａがそれぞれ回生側油圧ポンプ及び回生側油圧アクチュエータに相当する。さらに、この装置は、図４に示される装置の構成要素に加え、回生用配管８０と、チェック弁８２と、回生流量調節弁８４と、圧力センサ８６と、を含む。

　回生用配管８０は、閉回路４における第２配管６またはこれと連通する補助油圧ポンプ２４の吐出側配管と、閉回路４Ａにおける第２配管６Ａつまり上げ駆動時に油圧ポンプ２０Ａから油圧シリンダ１０Ａのへッド側室に作動油を供給するための配管と、を結ぶように、これらの配管に接続される。

　回生流量調節弁８４は、回生流量調節器に相当するもので、閉回路４と回生油圧回路である閉回路４Ａとの間、この実施の形態ではチェック弁８２と閉回路４Ａとの間、に介在するように、回生用配管８０の途中に設けられる。この実施の形態に係る回生流量調節弁８４は、パイロットポート８４ａを有するパイロット式の切換弁であり、パイロットポート８４ａに入力されるパイロット圧に対応した開度で開弁し、当該開度に対応した流量で閉回路４の第２配管６から閉回路４Ａの第２配管６Ａへの作動油の流入を許容する。パイロットポート８４ａは電磁比例弁８５を介してパイロット油圧源に接続されている。電磁比例弁８５はコントローラ６０から入力される回生流量指令信号に対応した開度で開弁することにより、パイロット油圧源からパイロットポート８４ａに入力されるパイロット圧の大きさを変化させる。チェック弁８２は、回生流量調節弁８４と閉回路４の第２配管６との間に介在し、回生油圧回路である閉回路４Ａから第２配管６への作動油の逆流を阻止する。

　圧力センサ８６は、閉回路４Ａのうち回生用配管８０を通じて作動油が導入される部位の圧力である導入部位圧Ｐ３を検出することが可能な位置、例えば図６に示すように回生用配管８０における回生流量調節弁８４の下流側の位置、に設けられる。圧力センサ８６は、導入部位圧Ｐ３に対応する電気信号である圧力検出信号を生成し、コントローラ６０に入力する。この圧力センサ８６は、圧力センサ５２と協働して、排出圧（下げ駆動時に油圧シリンダ１０のへッド側室１８から排出される作動油の圧力）Ｐ２と導入部位圧Ｐ３のうちいずれの圧力が高いかについての情報を生成する圧力検出部を構成する。

　一方、図６に示すコントローラ６０は、図２に示されるポンプ制御部６２、速度制御部４及び回生制御部６６に加え、図７に示す回生ポンプ制御部６８を含む。

　この実施の形態に係るコントローラ６０の速度制御部６４は、図６に示されるように、電磁比例弁４５に加えて電磁比例弁８５に接続されている。速度制御部６４は、電磁比例弁８５を通じて回生流量調節弁８４の開閉操作を行うことにより、回生流量、すなわち閉回路４から閉回路４Ａに供給される作動油の流量の制御を行う。具体的には、速度制御部６４は、閉回路４における下げ駆動時において、図３に示されるステップＳ５の動作に代え、下記のように、図８に示されるステップＳ５１～Ｓ５３の動作を行う。

　ステップＳ５１：速度制御部６４は、回生油圧回路である閉回路４Ａの運転状態が予め定められた回生条件を満たすか否かの判定を行う。この実施の形態に係る回生条件は次のとおりであり、下記条件Ｉと条件ＩＩの両方が満たされるとき、回生条件が満たされているものとする。

　Ｉ）閉回路４Ａが上げ駆動状態にあること。すなわち、閉回路４Ａが、油圧ポンプ２０Ａが第２配管６Ａを通じて油圧シリンダ１０Ａのへッド側室に作動油を供給することにより油圧シリンダ１０Ａを伸長させてそのロッドの先端の負荷２Ａをその自重に抗して上昇させる状態にあること。この条件は、回生油圧回路の具体的構成によって適宜設定される。例えば、回生油圧回路が負荷を水平方向に動かすものである場合、その負荷の移動方向にかかわらず、回生油圧回路が駆動状態にあることが回生条件として設定されてもよい。

　ＩＩ）圧力センサ５２により検出される排出圧（すなわち下げ駆動時に油圧シリンダ１０のへッド側室１８から排出される作動油の圧力）Ｐ２が、圧力センサ８６により検出される導入部位圧Ｐ３よりも高いこと。つまり、閉回路４から閉回路４Ａへの作動油の流れが可能であること。チェック弁８２が存在する場合、この条件ＩＩは省略することも可能であるが、当該条件ＩＩの考慮は閉回路４Ａから閉回路４への作動油の逆流の防止をより確実にする。

　ステップＳ５２：前記回生条件が満たされない場合（ステップＳ５１でＮＯ）、速度制御部６４は、図３に示されるステップＳ５と同等の速度制御を行う。すなわち、速度制御部６４は、回生流量調節弁８４を閉弁させて蓄圧弁４４のみを開弁させ、下げ駆動時における油圧シリンダ１０の作動速度（この実施の形態では収縮速度）を目標速度に近づけるように蓄圧弁４４の開度の調節を行う。

　ステップＳ５３：前記回生条件が満たされている場合（ステップＳ５１でＹＥＳ）、速度制御部６４は、蓄圧弁４４に加えて回生流量調節弁８４を開弁させ、閉回路４から回生用配管８０を通じての閉回路４Ａへの作動油の供給を許容する。さらに、下げ駆動時における油圧シリンダ１０の作動速度（この実施の形態では収縮速度）を目標速度に近づけるように、速度制御部６４は、蓄圧弁４４及び回生流量調節弁８４の双方の開度の調節を行う。

　両弁４４，８４の開度の調節による下げ駆動速度の制御は、例えば、一方の弁の開度を固定して他方の弁の開度のみを変化させることによって行うことが可能である。しかしながら、アキュムレータ４２の必要容量の削減という観点からは、速度制御部６４は例えば以下のような演算制御動作を行うことが好ましい。

　ｉ）第１の実施の形態と同じく、速度制御部６４は、例えば操作部材５７の操作により指定される油圧シリンダ１０の目標速度Ｖｒと、油圧シリンダ１０のヘッド側面積をＡｈとに基づき、目標排出流量Ｑｈｒ＝Ａｈ×Ｖｒを算定する。

　ｉｉ）速度制御部６４は、目標回生流量Ｑｇｒ、すなわち、回生流量調節弁８４を通じて閉回路４から閉回路４Ａに供給される作動油の流量の目標値、を決定する。この目標回生流量Ｑｇｒの最大値、つまり、回生可能な流量の最大値である最大回生流量Ｑｇｍａｘは、下記の式（３）に示されるように決定される。すなわち、最大回生流量Ｑｇｍａｘは、回生流量調節弁８４の最大許容流量Ｑｖｍａｘと、油圧シリンダ１０からの実際の排出流量Ｑｈと、回生流量Ｑｇが０であるとき、つまり回生流量調節弁８４が閉じているとき、に上げ駆動のために補助油圧ポンプ２４に求められる吐出流量Ｑａｐの中からの高位選択により決定される。

　Ｑｇｍａｘ＝Ｍａｘ｛Ｑｖｍａｘ，Ｑｈ，Ｑａｐ｝…（３）
　ここで、最大許容流量Ｑｖｍａｘは、回生流量調節弁８４の開度が最大のときに回生流量調節弁８４を通過することが可能な作動油の流量の最大値であり、回生流量調節弁８４の流量係数をＣｖｇ、最大開口面積をＡｇｍａｘとすると、次式（４）で表される。

　Ｑｖｍａｘ＝Ｃｖｇ×Ａｇｍａｘ×√（Ｐ２－Ｐ３）…（４）
　目標回生流量Ｑｇｒは、最大回生流量Ｑｇｍａｘ以下の範囲内で任意に設定されることが可能であるが、目標回生流量Ｑｇｒを最大回生流量Ｑｇｍａｘに近い値、すなわちその許容範囲内でなるべく大きな値に設定することが、アキュムレータ４２の必要容量の削減効果を高める。

　以上のようにして決定された目標回生流量Ｑｇｒに基づき、下記式（５）によって回生流量調節弁８４の開度Ａｇｒを決定することができる。

　Ａｇｒ＝Ｑｇｒ／［Ｃｖｇ×√（Ｐ２－Ｐ３）］…（５）
　０よりも大きな目標回生流量Ｑｇｒが設定された場合、当該目標回生流量Ｑｇｒにかかわらず油圧シリンダ１０の作動速度（下げ速度）を目標速度Ｖｒに近づけるためには、回生流量調節弁８４を通じての回生にかかわらず油圧シリンダ１０からの排出流量Ｑｈを目標速度Ｖｒに対応する目標排出流量Ｑｈｒに近づける必要がある。このためには、蓄圧弁４４における流量Ｑａを回生用の目標導入流量Ｑａｇｒ＝Ｑｈｒ－Ｑｐ－Ｑｇｒに近づけるように蓄圧弁４４の開度が調節されればよい。ここでＱｐは第１の実施の形態と同じくステップＳ４で設定される回生用容量に相当するポンプ流量である。

　一方、回生ポンプ制御部６８は、目標回生流量Ｑｇｒの分だけ回生側油圧ポンプ、例えば補助油圧ポンプ２４Ａの吐出流量を減らす制御を行う（ステップＳ５４）。具体的には、補助油圧ポンプ２４Ａの回転数をＮａｐとするとき、補助油圧ポンプ２４Ａの容量ｑａｐｇを次式（６）により与えられる容量に設定する。

　ｑａｐｇ＝（Ｑａｐ－Ｑｇｒ）／Ｎａｐ…（６）
　この制御は、回生流量の有無及び大小にかかわらず上げ駆動時に回生側油圧アクチュエータである油圧シリンダ１０Ａに供給される作動油の総流量を安定させることを可能にする。これにより、油圧シリンダ１０の負荷２の自重により上昇する油圧シリンダ１０の排出側の圧力に対応するエネルギーを、回生側油圧アクチュエータである油圧シリンダ１０Ａの上げ方向の駆動に効率よく利用することができるようになる。さらに、これにより、油圧シリンダ１０のヘッド側室への作動油供給流量とロッド側室からの作動油排出流量とのアンバランスに起因するキャビテーションや圧力の上昇を防ぐことが可能になる。

　なお、回生ポンプ制御部６８は、補助油圧ポンプ２４Ａの吐出流量に代えて油圧ポンプ２０Ａの吐出流量を目標回生流量の分だけ減らす制御を行ってもよい。また、実際の回生流量の検出が可能である場合には、その回生流量の分だけ油圧ポンプ２０Ａまたは補助油圧ポンプ２４Ａの吐出流量を減らす制御が行われてもよい。

　一方、第４の実施の形態において、閉回路４についての上げ駆動指令が行われているときは（ステップＳ１でＮＯ）、速度制御部６４は蓄圧弁４４に加えて回生流量調節弁８４も閉弁させ（ステップＳ７Ａ）、それ以外は第１の実施の形態と同様の制御を行う（ステップＳ６，Ｓ８，Ｓ９）。

　図６に示される装置では、油圧アクチュエータである油圧シリンダ１０及び回生側油圧アクチュエータである油圧シリンダ１０Ａがともに上向きの姿勢、すなわち、油圧シリンダ１０，１０Ａの伸長に伴ってこれらに連結される負荷２，２Ａをその自重に抗して上昇させる姿勢、で配置されている。しかしながら、油圧シリンダ１０，１０Ａの姿勢は同一でなくてもよい。例えば、第５の実施の形態として図９に示されるように、回生側油圧アクチュエータである油圧シリンダ１０Ａが下向きの姿勢、すなわち、油圧シリンダ１０Ａのロッド１６がピストン１４から下向きに延びていて油圧シリンダ１０Ａの収縮により負荷２Ａをその自重に抗して上昇させる上げ駆動を行う姿勢、に配置されてもよい。この場合、上げ駆動のための油圧ポンプ２０Ａ，２４Ａから油圧シリンダ１０Ａへの作動油の供給は、油圧シリンダ１０Ａのロッド側室１７につながる第１配管５Ａを通じて行われるので、回生用配管８０は第１配管５Ａに接続されるのがよい。

　また、回生油圧回路は、閉回路４Ａのような閉回路、つまり、回生側油圧ポンプが吐出する作動油が回生側油圧ポンプと回生側油圧アクチュエータとの間を循環する回路、に限られない。回生油圧回路は、開回路、すなわち、回生側油圧ポンプがタンク内の作動油を吸入して吐出し、回生側油圧アクチュエータから排出される作動油がタンクに戻される回路であってもよい。

　その例を第６の実施の形態として図１０に示す。この第６の実施の形態に係る装置は、回生油圧回路として開回路４Ｂを備える。この開回路４Ｂは、回生側油圧ポンプである油圧ポンプ２０Ｂと、回生側油圧アクチュエータである油圧シリンダ１０Ｂと、これら油圧ポンプ２０Ｂと油圧シリンダ１０Ｂとの間に介在するコントロールバルブ９０と、を備える。

　油圧シリンダ１０Ｂは、図９に示される油圧シリンダ１０Ａと同様に、ロッド１６が上を向く姿勢で配置され、ロッド１６の先端に負荷２Ｂが連結されている。従って、油圧シリンダ１０Ｂは、その伸長により負荷２Ｂをその自重に抗して上昇させ、その収縮により負荷２Ｂをその自重の向きに下降させる。

　コントロールバルブ９０は、３位置油圧切換弁からなり、中立位置と上げ駆動位置と下げ駆動位置とを有する。コントロールバルブ９０は、中立位置では、油圧ポンプ２０Ｂと油圧シリンダ１０Ｂとの間を遮断する。コントロールバルブ９０は、上げ駆動位置では、油圧ポンプ２０Ｂが吐出する作動油を第１配管５Ｂを通じて油圧シリンダ１０Ｂのロッド側室１７に供給して油圧シリンダ１０Ｂを伸長させるとともに、油圧シリンダ１０Ｂのへッド側室１８から第２配管６Ｂに排出される作動油をタンクに導く。コントロールバルブ９０は、下げ駆動位置では、油圧ポンプ２０Ｂが吐出する作動油を第２配管６Ｂを通じて油圧シリンダ１０Ｂのへッド側室１８に供給して油圧シリンダ１０Ｂを収縮させるとともに、油圧シリンダ１０Ｂのロッド側室１７から第１配管５Ｂに排出される作動油をタンクに導く。

　このように、開回路４Ｂにおいて、上げ駆動のために作動油の供給を行うための配管、すなわち、第１配管５Ｂに、回生用配管８０が接続される。この構成により、回生油圧回路が開回路４Ｂである場合も、閉回路４での下げ駆動時に油圧シリンダ１０から排出される高圧の作動油のエネルギーを開回路４Ｂでの上げ駆動に用いること、すなわち、有効な回生を行うことが可能である。

　本発明では、上述した油圧回路に別の回路がさらに付加されることを除外しない。その例を第７の実施の形態として図１１に示す。この図１１に示す装置は、図６に示される閉回路４及び閉回路４Ａに加えて閉回路４Ｃを備える。この閉回路４Ｃは、閉回路４Ａにおける油圧ポンプ２０Ａ，２４Ａ及び油圧シリンダ１０Ａと同様の油圧ポンプ２０Ｃ，２４Ｃ及び油圧シリンダ１０Ｃを含み、油圧ポンプ２０Ｃ，２４Ｃが油圧ポンプ２０，２４，２０Ａ，２０Ｂ，２４Ａ及び２４Ｂと共通の駆動源２６に連結されている。

　この実施の形態において、閉回路４における回生切換弁４８は、駆動源２６に連結される油圧ポンプ２０，２４，２０Ａ，２４Ａ，２０Ｃ，２４Ｃのうち少なくとも一つの駆動について駆動源２６のアシストを要する場合に開弁されるのが、よい。

　本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上記実施形態の要素を適宜組み合わせ、または種々の変更を加えることが可能である。特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、動作条件や測定条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。

　本出願は２０１４年８月１日出願の日本特許出願（特願２０１４－１５７８６５）および２０１４年１１月２０日出願の日本特許出願（特願２０１４－２３５３３４）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

　２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ　負荷
　４　閉回路
　４Ａ　閉回路（回生油圧回路）
　４Ｂ　開回路（回生油圧回路）
　１０　油圧シリンダ（油圧アクチュエータ）
　１０Ａ，１０Ｂ　油圧シリンダ（回生側油圧アクチュエータ）
　２０　油圧ポンプ
　２０Ａ，２０Ｂ　油圧ポンプ（回生側油圧ポンプ）
　２４Ａ，２４Ｂ　補助油圧ポンプ（回生側油圧ポンプ）
　２６　駆動源
　３０　チャージ回路
　４０　回生回路
　４２　アキュムレータ
　４４　蓄圧弁（アキュムレータ流量調節器）
　４６　回生モータ（回生アクチュエータ）
　４８　回生切換弁
　５２　圧力センサ（排出圧検出器）
　５３　圧力センサ（アクチュエータ圧検出器）
　６０　コントローラ
　６２　ポンプ制御部
　６４　速度制御部
　６６　回生制御部
　６８　回生ポンプ制御部
　７０　アキュムレータ流量調節器
　７１　可変絞り
　７２　流量調節弁
　８０　回生用配管
　８４　回生流量調節弁
　８６　圧力センサ（圧力検出部）

Claims (10)

1. 　負荷を油圧によって動かすための油圧駆動装置であって、
   　前記負荷に接続されて当該負荷を動かすように作動する油圧アクチュエータと、
   　作動油を吐出するとともにその吐出流量を変化させることが可能な油圧ポンプであって、当該油圧ポンプから吐出される作動油を前記油圧アクチュエータに供給しかつこの油圧アクチュエータから排出される作動油を前記油圧ポンプの吸入側に戻す閉回路を構成するように前記油圧アクチュエータに接続される油圧ポンプと、
   　この油圧ポンプを駆動して当該油圧ポンプに作動油を吐出させる駆動源と、
   　前記閉回路内の圧力が予め定められた設定圧よりも低い場合に当該閉回路に作動油を補充するチャージ回路と、
   　前記負荷に重力が作用する方向の成分を含む下げ方向に当該負荷を動かすように前記油圧アクチュエータが作動する下げ駆動時に当該油圧アクチュエータから排出される作動油を受け入れることが可能となるように前記閉回路に接続されるアキュムレータと、
   　前記閉回路と前記アキュムレータとの間に介在し、当該閉回路から当該アキュムレータへの作動油の流量を変化させるアキュムレータ流量調節器と、
   　前記アキュムレータにより蓄えられた作動油のエネルギーによって駆動されることにより当該エネルギーを動力に変換する回生アクチュエータと、
   　前記アキュムレータと前記回生アクチュエータとの間に介在し、前記アキュムレータから前記回生アクチュエータへの作動油の供給を許容する位置と遮断する位置とに切換えられる回生切換弁と、
   　前記下げ駆動時に前記油圧ポンプの吐出流量を予め設定された回生用流量に制限するポンプ制御部と、
   　前記下げ駆動時に前記油圧アクチュエータの作動速度を目標速度に近づけるように前記アキュムレータ流量調節器を操作する速度制御部と、を備える、油圧駆動装置。
2. 　請求項１記載の油圧駆動装置であって、前記速度制御部は、前記油圧アクチュエータから前記アキュムレータに導入される作動油の流量であるアキュムレータ導入流量を、前記目標速度に対応する前記排出作動油の流量である目標排出流量と前記油圧ポンプの前記回生用容量に相当するポンプ吸収容量との差である目標導入流量に近づけるように、前記アキュムレータ流量調節器を操作する、油圧駆動装置。
3. 　請求項２記載の油圧駆動装置であって、前記下げ方向に作動する油圧アクチュエータから排出される排出作動油の圧力である排出圧を検出する排出圧検出器と、前記アキュムレータに導入される作動油の圧力であるアキュムレータ圧を検出するアキュムレータ圧検出器と、をさらに備え、前記速度制御部は、前記排出圧と前記アキュムレータ圧との差により求められる前記アキュムレータ導入流量を前記目標導入流量に近づけるように前記流量調節部を操作する、油圧駆動装置。
4. 　請求項２記載の油圧駆動装置であって、前記アキュムレータ流量調節器は、変化可能な開口面積を有する可変絞りと、この可変絞りの上流側圧力と下流側圧力との差である前後差圧を一定に保つように開閉動作する流量調節弁と、を含み、前記速度制御部は、前記可変絞りの前後差圧が前記目標導入流量に相当する前後差圧となるように当該可変絞りを操作する、油圧駆動装置。
5. 　請求項１に記載の油圧駆動装置であって、前記回生アクチュエータの生成する動力が必要なときに前記アキュムレータから前記回生アクチュエータへの作動油の供給を許容するように前記回生切換弁の開閉操作を行う回生制御部をさらに備える、油圧駆動装置。
6. 　請求項５記載の油圧駆動装置であって、前記回生アクチュエータは前記油圧ポンプの駆動について前記駆動源をアシストすることが可能となるように当該駆動源に接続され、前記回生制御部は前記負荷をこれに作用する重力に逆らう方向である上げ方向に動かす向きに前記油圧アクチュエータが作動する上げ駆動時に前記アキュムレータから前記回生アクチュエータへの作動油の供給を許容するように前記回生切換弁を開く、油圧駆動装置。
7. 　請求項５または６記載の油圧駆動装置であって、前記駆動源は前記油圧ポンプに加えて当該油圧ポンプとは別の油圧機器を駆動するために当該油圧機器に接続され、前記回生制御部は当該別の油圧機器の駆動力が要求されるときに前記アキュムレータから前記回生アクチュエータへの作動油の供給を許容するように前記回生切換弁を開く、油圧駆動装置。
8. 　請求項１に記載の油圧駆動装置であって、前記閉回路とは別の回生油圧回路と、前記閉回路と前記回生油圧回路との間に介在して当該閉回路から当該回生油圧回路に供給される作動油の流量である回生流量を変化させる回生流量調節器と、をさらに備え、前記速度制御部は、前記下げ駆動時に前記油圧アクチュエータの作動速度を前記目標速度に近づけるように前記アキュムレータ流量調節器及び前記回生流量調節器を操作する、油圧駆動装置。
9. 　請求項８記載の油圧駆動装置であって、前記下げ駆動時に前記油圧アクチュエータから排出される排出作動油の圧力である排出圧と前記回生油圧回路において前記回生流量調節器を通じて前記回生油圧回路に作動油が導入される部分の圧力である導入部位圧とのうちいずれの圧力が大きいかについての情報を生成する圧力検出部をさらに備え、前記速度制御部は、前記排出圧が前記導入部位圧より高い場合にのみ前記回生流量調節器における作動油の流通を許容する、油圧駆動装置。
10. 　請求項８または９記載の油圧駆動装置であって、前記回生油圧回路が、作動油を吐出するとともにその吐出流量を変化させることが可能な油圧ポンプからなる回生側油圧ポンプと、この回生側油圧ポンプが吐出する作動油によって駆動される回生側油圧アクチュエータと、を含み、前記油圧駆動装置は、前記回生流量調節器により調節される前記回生流量またはその回生流量について設定される目標回生流量の分だけ前記回生側油圧ポンプの吐出流量を減らす回生側ポンプ制御部をさらに備える、油圧駆動装置。

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