(57)【要約】【課題】戻り油のうちの再生利用される割合や再生タイミングを、該油圧アクチュエータに対する作動油の給排と無関係に決めることができ、戻り油の再生利用の効率を従来よりも向上させた作業機械の油圧制御システムを提供する。【解決手段】油圧アクチュエータ２０に対する作動油の給排を制御する第１制御弁１４と、油圧アクチュエータ２０と第１制御弁１４との間の作動油の通路に設けられ、油圧アクチュエータ２０からの戻り油を再生利用するための再生回路１８を備える第２制御弁１６と、を備え、第２制御弁１６は第１制御弁１４とは独立して動作することができ、前記戻り油のうちの再生利用される割合および再生タイミングの少なくとも一方の調整が、第１制御弁１４による前記作動油の給排の制御とは無関係に可能となっている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
油圧アクチュエータからの戻り油を再生利用する機能を有する作業機械の油圧制御システムにおいて、
前記油圧アクチュエータに対する作動油の給排を制御する第１制御弁と、
該油圧アクチュエータと該第１制御弁との間の作動油の通路に設けられ、該油圧アクチュエータからの戻り油を再生利用するための再生回路を備える第２制御弁と、
を備え、
前記第２制御弁は前記第１制御弁とは独立して動作することができ、前記戻り油のうちの再生利用される割合および再生タイミングの少なくとも一方の調整が、前記第１制御弁による前記作動油の給排の制御とは無関係に可能なことを特徴とする作業機械の油圧制御システム。
【請求項２】
請求項１において、
前記第２制御弁が、前記第１制御弁を操作する操作レバーの操作量・操作速度、前記油圧アクチュエータの動作部の速度、該動作部が対象物に加える力の大きさ、前記油圧アクチュエータ内の作動油の圧力・温度、前記油圧アクチュエータに作動油を供給する油圧ポンプの吐出量、該油圧ポンプを駆動するエンジンの回転速度のうちの少なくとも１つに依存して制御されることを特徴とする作業機械の油圧制御システム。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記第２制御弁は、前記油圧アクチュエータからの作動油の流出を停止させる機能を備えることを特徴とする作業機械の油圧制御システム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、
前記第２制御弁が、前記油圧アクチュエータに付設されていることを特徴とする作業機械の油圧制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧アクチュエータからの戻り油を再生利用する機能を有する作業機械の油圧制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に、油圧シリンダからの戻り油を再生利用する機能を有する作業機械の油圧制御システムが記載されている。図３は、特許文献１に記載の油圧制御システムと同様の技術思想に基づく油圧制御システムの一例のブロック構成図であり、図４は、図３の制御弁１０４を拡大して示す拡大図である。
【０００３】
制御弁１０４は、油圧シリンダ１０８に対する作動油の給排を制御するとともに、切り換え位置Ｇのときに戻り油を再生利用する機能を発揮する再生回路１０６を備えている。油圧シリンダ１０８と制御弁１０４との接続は、設置上の制約から、配管１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄおよびホース１１２ａ、１１２ｂを介してなされる。
【０００４】
油圧シリンダ１０８のボトム側１０８ａから排出された戻り油をロッド側１０８ｂへ再生する場合、戻り油は、油圧シリンダ１０８のボトム側１０８ａから配管１１０ａ、ホース１１２ａ、配管１１０ｃを経て、制御弁１０４内に入る。そして、戻り油は、制御弁１０４内の再生回路１０６のタンク戻り油路１０６ａで、絞り弁１０６ｅにより絞られて、その一部が再生油路１０６ｃに入り、チェック弁１０６ｄを経て、シリンダ供給油路１０６ｂでメインポンプ１０２から供給される作動油と合流する。合流した後、配管１１０ｄ、ホース１１２ｂ、配管１１０ｂを経て、油圧シリンダ１０８のロッド側１０８ｂへと導かれる。
【０００５】
このように、油圧制御システム１００は、メインポンプ１０２から供給される作動油に戻り油を合流させるので、油圧シリンダ１０８の速度を向上させることができるとともに、メインポンプ１０２が供給する作動油の量を低減（即ち、メインポンプ１０２を駆動するためのエネルギ量を低減）することができる。また、油圧シリンダ１０８内におけるキャビテーションの発生防止にも寄与する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−２１０００６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、油圧制御システム１００では、油圧シリンダ１０８に対する作動油の給排を制御する制御弁１０４内に再生回路１０６が備えられており、油圧シリンダ１０８に対する作動油の給排の方向と量を決定する制御弁１０４のスプールの位置によって戻り油のうちの再生利用される割合および再生タイミングが決まっていた。このため、油圧シリンダ１０８に対する作動油の給排と無関係に戻り油のうちの再生利用される割合や再生タイミングを決めることができず、戻り油の再生利用の効率が十分ではなかった。
【０００８】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、油圧アクチュエータから排出された戻り油を該油圧アクチュエータにおいて再生利用する際、戻り油のうちの再生利用される割合や再生タイミングを、該油圧アクチュエータに対する作動油の給排と無関係に決めることができ、戻り油の再生利用の効率を従来よりも向上させた作業機械の油圧制御システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、油圧アクチュエータからの戻り油を再生利用する機能を有する作業機械の油圧制御システムにおいて、前記油圧アクチュエータに対する作動油の給排を制御する第１制御弁と、該油圧アクチュエータと該第１制御弁との間の作動油の通路に設けられ、該油圧アクチュエータからの戻り油を再生利用するための再生回路を備える第２制御弁と、を備え、前記第２制御弁は前記第１制御弁とは独立して動作することができ、前記戻り油のうちの再生利用される割合および再生タイミングの少なくとも一方の調整が、前記第１制御弁による前記作動油の給排の制御とは無関係に可能なことにより、上記課題を解決したものである。
【００１０】
本発明では、油圧アクチュエータに対する作動油の給排を制御する第１制御弁と、該油圧アクチュエータからの戻り油を再生利用するための再生回路を備える第２制御弁と、を備えており、従来は１つの制御弁が担ってきた２つの機能を第１制御弁および第２制御弁にそれぞれ分担させており、かつ、第２制御弁は第１制御弁とは独立して動作することができる。
【００１１】
このため、前記戻り油のうちの再生利用される割合や再生タイミングの調整が、第１制御弁による作動油の給排の制御とは無関係に可能であり、前記戻り油の再生の効率を向上させることができる。
【００１２】
また、本発明では、第２制御弁は油圧アクチュエータと第１制御弁との間の作動油の通路に配置してあるため、第２制御弁内の再生回路を通過して再生される戻り油が通過する通路の長さは従来よりも短くすることができ、通路損失を少なくすることができる。したがって、再生の効率を向上させることができる。
【００１３】
また、戻り油が再生される際の通路損失は、通路の断面積の拡大、および再生回路内の絞り弁の絞り面積（流路断面積）の拡大をすることによっても少なくすることができるが、本発明では第２制御弁は油圧アクチュエータと第１制御弁との間の作動油の通路に配置してあるため、再生される戻り油が通過する通路の長さは従来よりも短くすることができ、断面積を拡大すべき通路の長さも短くすることができる。したがって、断面積を拡大して再生の際の通路損失を小さくする改変が比較的容易であり、再生の効率を向上させるための改変が従来よりも容易である。
【００１４】
以上のことより、本発明では、油圧制御システムの再生の効率を高めることができる。
【００１５】
なお、本発明に係る油圧制御システムにおいて、前記第２制御弁は、例えば、前記第１制御弁を操作する操作レバーの操作量・操作速度、前記油圧アクチュエータの動作部の速度、該動作部が対象物に加える力の大きさ、前記油圧アクチュエータ内の作動油の圧力・温度、前記油圧アクチュエータに作動油を供給する油圧ポンプの吐出量、該油圧ポンプを駆動するエンジンの回転速度のうちの少なくとも１つに依存して制御されるように、油圧制御システムを構成してもよい。
【００１６】
また、本発明では、第２制御弁は油圧アクチュエータと第１制御弁との間の作動油の通路に配置してあるため、例えば前記第２制御弁に、前記油圧アクチュエータからの作動油の流出を停止させる機能を備えさせた場合、該第２制御弁よりもメインポンプ側のホースや配管が破損した場合でも、前記油圧アクチュエータの動作部の位置を保持することができる。
【００１７】
また、前記第２制御弁が前記油圧アクチュエータに付設されている場合、前記第２制御弁と前記油圧アクチュエータとの間の配管を最短化することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、油圧アクチュエータから排出された戻り油を該油圧アクチュエータにおいて再生利用する際の効率を従来よりも向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態に係る作業機械の油圧制御システム１０を示すブロック構成図
【図２】前記油圧制御システム１０の要部（第２制御弁１６）の拡大図
【図３】特許文献１に記載の油圧制御システムと同様の技術思想に基づく油圧制御システムの一例のブロック構成図
【図４】前記油圧制御システムの一例の要部（制御弁１０４）の拡大図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下図面に基づいて、本発明に係る作業機械の油圧制御システムの好適な実施形態の例について詳細に説明する。
【００２１】
図１は、本発明の実施形態に係る作業機械の油圧制御システム１０を示すブロック構成図である。
【００２２】
この油圧制御システム１０は、図１に示すように、メインポンプ１２と、第１制御弁１４と、第２制御弁１６と、再生回路１８と、油圧シリンダ２０と、を有してなる。
【００２３】
第１制御弁１４は、３位置６ポートの切換弁であり、３つの切り換え位置Ａ、Ｂ、Ｃを備えており、油圧シリンダ２０に対する作動油の給排を制御する。第１制御弁１４のスプールの両端には、それぞれパイロットポート１４ａ、１４ｂが設けられている。また、第１制御弁１４のスプールの両端は、ばね１４ｃ、１４ｄで付勢されている。
【００２４】
第１制御弁１４のスプールの位置の切り換えは、リモコンレバー装置２２を操作して、第１制御弁１４のパイロットポート１４ａ、１４ｂに供給するパイロット圧を制御することにより行う。パイロットポート１４ａ、１４ｂには、パイロット油路２４ａ、２４ｂを介してパイロット圧が供給される。
【００２５】
リモコンレバー装置２２の操作レバー２２ａをＬ方向に傾けると、パイロット油路２４ａにパイロット圧が供給され、第１制御弁１４のスプールは切り換え位置Ａ側に移動する。リモコンレバー装置２２の操作レバー２２ａをＲ方向に傾けると、パイロット油路２４ｂにパイロット圧が供給され、第１制御弁１４のスプールは切り換え位置Ｃ側に移動する。
【００２６】
第２制御弁１６は、油圧シリンダ２０と第１制御弁１４との間の作動油の通路に（配管３０ａ、３０ｂと配管３０ｃ、３０ｄとの間に）設けられており、油圧シリンダ２０からの戻り油を油圧シリンダ２０へ再供給して再生利用する役割を有する。第２制御弁１６のスプールの両端には、それぞれパイロットポート１６ａ、１６ｂが設けられている。また、第２制御弁１６のスプールの両端は、ばね１６ｃ、１６ｄで付勢されている。
【００２７】
第２制御弁１６は、３位置４ポートの切換弁であり、３つの切り換え位置Ｄ、Ｅ、Ｆを備えている。切り換え位置Ｄにおいて、再生回路１８が設けられており、油圧シリンダ２０からの戻り油が再生される。切り換え位置Ｅでは作動油の再生は行われず油圧シリンダ２０のロッド２０ｃ（動作部）が保持される。切り換え位置Ｆでは作動油の再生は行われず油圧シリンダ２０からの戻り油は全量タンク５０にドレンされる。
【００２８】
再生回路１８は、図２に拡大して示すように、第２制御弁１６の切り換え位置Ｄに設けられており、タンク戻り油路１８ａと、シリンダ供給油路１８ｂと、タンク戻り油路１８ａの中間点からシリンダ供給油路１８ｂの中間点へ連通する再生油路１８ｃと、この再生油路１８ｃに介装されたチェック弁１８ｄと、タンク戻り油路１８ａに再生油路１８ｃよりもメインポンプ１２側に設けられた絞り弁１８ｅと、から形成されている。
【００２９】
第２制御弁１６のスプールの位置の切り換えは、コントローラ２６により制御されている。コントローラ２６は、電気信号線２６ａ、２６ｂを介して電気信号を電磁比例弁２７のソレノイド部に送って、電磁比例弁２７のスプールの位置を制御し、これによりパイロット油路２８ａ、２８ｂを介して第２制御弁１６のパイロットポート１６ａ、１６ｂに供給するパイロット圧を制御する。コントローラ２６が電磁比例弁２７のソレノイド部に送る電気信号は、コントローラ２６が各種パラメータに基づき自動制御しており、これにより第２制御弁１６のパイロットポート１６ａ、１６ｂに供給するパイロット圧が自動制御される。
【００３０】
パイロット油路２８ａを介してパイロットポート１６ａにパイロット圧が供給されると、第２制御弁１６のスプールは切り換え位置Ｄ側に移動し、パイロット油路２８ｂを介してパイロットポート１６ｂにパイロット圧が供給されると、第２制御弁１６のスプールは切り換え位置Ｆ側に移動する。第２制御弁１６のスプールが切り換え位置Ｄ側に移動しているとき、第２制御弁１６内のタンク戻り油路１８ａが配管３０ａ、３０ｃと接続し、第２制御弁１６内のシリンダ供給油路１８ｂが配管３０ｂ、３０ｄと接続して、再生回路１８は戻り油を再生利用する機能を発揮する。
【００３１】
本実施形態では、第１制御弁１４のスプールの位置の切り換えを、リモコンレバー装置２２を介して供給されるパイロット圧により行い、第２制御弁１６のスプールの位置の切り換えを、コントローラ２６からの電気信号に基づき制御された電磁比例弁２７を介して供給されるパイロット圧により行うので、第２制御弁１６のスプールの位置の切り換えを、第１制御弁１４のスプールの位置の切り換えとは無関係に独立して行うことができる。
【００３２】
ここで、第２制御弁１６のスプールは、再生のための切り換え位置Ｄと中立位置Ｅとの間で、ステップ状に切り換わるのではなく、切り換え位置Ｄと中立位置Ｅとの間を滑らかに切換可能である。したがって、第２制御弁１６のスプールの位置を、中立位置Ｅと切り換え位置Ｄとの間の所定の位置に制御することにより、戻り油のうちの再生利用される割合の可変制御が可能である。
【００３３】
したがって、コントローラ２６は、油圧シリンダ２０の動作の状況を表示する各種パラメータに応じて、戻り油のうちの再生利用される割合および／または再生のタイミングを最適に調整することができる。
【００３４】
コントローラ２６が自動制御に用いる各種パラメータとしては、例えば、リモコンレバー装置２２の操作レバー２２ａの操作量・操作速度（操作者の操作入力値）、メータインライン圧力、油圧シリンダ２０のロッド２０ｃ（動作部）の速度・位置、該動作部が対象物に加える力の大きさ、油圧シリンダ２０内の作動油の圧力・温度、メインポンプ１２の吐出量・傾点角度、メインポンプ１２を駆動するエンジンの回転速度・スロットル開度、機体の姿勢、機体が作業中に保持する負荷力等を挙げることができる。これらのうちのいずれかをパラメータとして用いるように構成してもよいし、あるいは複数のパラメータを組み合わせて演算した結果に基づき調整するように構成してもよい。
【００３５】
例えば、油圧シリンダ２０のロッド側２０ｂに作動油を供給してロッド２０ｃ（動作部）を上昇させるようにリモコンレバー装置２２の操作レバー２２ａを操作する際の操作速度が大きい場合、油圧シリンダ２０のロッド２０ｃの動作の加速度を大きくすることが好ましいので、戻り油の再生量を多くする。
【００３６】
油圧シリンダ２０と第２制御弁１６との接続は、配管３０ａ、３０ｂを介してなされる。第２制御弁１６と第１制御弁１４との接続は、配管３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ、３０ｆおよびホース３２ａ、３２ｂを介してなされる。リモコンレバー装置２２の操作レバー２２ａをＬ方向に傾けて、第１制御弁１４のスプールが切り換え位置Ａとなり、コントローラ２６がパイロットポート１６ａにパイロット圧を供給して、第２制御弁１６のスプールが切り換え位置Ｄとなると、配管３０ａ、３０ｃ、ホース３２ａ、配管３０ｅは戻り油を油圧シリンダ２０のボトム側２０ａから排出する排出側となり、配管３０ｂ、３０ｄ、ホース３２ｂ、配管３０ｆは戻り油を油圧シリンダ２０のロッド側２０ｂへ供給する供給側となる。
【００３７】
また、第２制御弁１６はホース３２ａ、３２ｂよりも油圧シリンダ２０側にあるので、第２制御弁１６を中立位置Ｄとすることにより、油圧シリンダ２０のロッド側２０ｂにメインポンプ１２からの圧油が供給されると共に、ボトム側２０ａからの戻り油の流出が阻止されるため、例えばホース３２ａが破損した場合でも油圧シリンダ２０に対する作動油の流れを停止させて、油圧シリンダ２０から作動油が流出することを防止することができ、油圧シリンダ２０のロッド２０ｃ（動作部）の位置を保持する機能を持たせることができる。
【００３８】
また、第２制御弁１６は油圧シリンダ２０に付設されていてもよく、この場合、配管３０ａ、３０ｂの長さを最短化することができ、装置の構成を簡便にすることができる。
【００３９】
なお、本実施形態では、２つの機能を第１制御弁１４および第２制御弁１６にそれぞれ分担させたことにより、個々の制御弁の大きさを従来の制御弁よりも小さくすることができる。特に、油圧シリンダ２０からの戻り油を再生する機能を少なくとも備えていればよい第２制御弁１６は、従来の制御弁よりも特に大きさを小さくすることが可能である。このため、第２制御弁１６は油圧シリンダ２０に付設することも容易である。
【００４０】
次に、上述のように構成された本発明の実施形態に係る作業機械の油圧制御システム１０の作用について説明する。
【００４１】
第２制御弁１６のスプールを切り換え位置Ｄにして、油圧シリンダ２０のボトム側２０ａから排出された戻り油をロッド側２０ｂへ再生する場合、戻り油は、油圧シリンダ２０のボトム側２０ａから配管３０ａを経て、第２制御弁１６内に入る。そして、戻り油は、第２制御弁１６内の再生回路１８のタンク戻り油路１８ａで、絞り弁１８ｅにより絞られて、その一部が再生油路１８ｃに入り、チェック弁１８ｄを経て、シリンダ供給油路１８ｂでメインポンプ１２から供給される作動油と合流する。合流した後、配管３０ｂを経て、油圧シリンダ２０のロッド側２０ｂへと導かれて再生利用される。
【００４２】
前述したように、従来は、油圧シリンダ２０に対する作動油の給排を制御する機能と、油圧シリンダ２０からの戻り油を再生する機能とを、１つの制御弁に備えさせていたが、本実施形態に係る油圧制御システム１０では、油圧シリンダ２０に対する作動油の給排を制御する機能を持たせた第１制御弁１４と、油圧シリンダ２０からの戻り油を再生する機能を持たせた第２制御弁１６と、を備えており、従来は１つの制御弁が担ってきた２つの機能を第１制御弁１４および第２制御弁１６にそれぞれ分担させており、かつ、第２制御弁１６は第１制御弁１４とは独立して動作することができる。
【００４３】
このため、油圧シリンダ２０のボトム側２０ａからの戻り油のうちの再生利用される割合および／または再生のタイミングの調整が、第１制御弁１４による作動油の給排の制御とは無関係に可能であり、前記戻り油の再生の効率を向上させることができる。本実施形態では、戻り油のうちの再生利用される割合および／または再生のタイミングの調整は、コントローラ２６がパイロット圧により第２制御弁１６のスプールの位置を、前述したような各種パラメータを用いて自動制御することにより行う。
【００４４】
また、本実施形態では、第２制御弁１６は油圧シリンダ２０と第１制御弁１４との間の作動油の通路に配置してあるため、油圧シリンダ２０のボトム側２０ａからの戻り油は第１制御弁１４と第２制御弁１６との間の配管３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ、３０ｆおよびホース３２ａ、３２ｂを通過しない。このため、第２制御弁１６内の再生回路を通過して再生される戻り油が通過する通路の長さは従来よりも短くすることができ、通路損失を少なくすることができる。したがって、再生の効率を向上させることができる。
【００４５】
また、戻り油が再生される際の通路損失は、通路の断面積の拡大、および再生回路内の絞り弁の絞り面積（流路断面積）の拡大をすることによっても少なくすることができるが、本実施形態では再生される戻り油が通過する通路の長さは従来よりも短くすることができるので、断面積を拡大すべき通路の長さも短くすることができる。したがって、断面積を拡大して再生の際の通路損失を小さくする改変が比較的容易であり、再生の効率を向上させるための改変が従来よりも容易である。
【００４６】
以上のことより、本実施形態に係る油圧制御システム１０では、油圧シリンダ２０からの戻り油の再生の効率を高めることができる。
【００４７】
さらに、油圧シリンダ２０からの戻り油は、第１制御弁１４と第２制御弁１６との間の配管３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ、３０ｆおよびホース３２ａ、３２ｂを通過しないので、その分だけ配管３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ、３０ｆおよびホース３２ａ、３２ｂの流路断面積を小さくすることができ、本実施形態に係る油圧制御システム１０の実施の際のコストを低減することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
油圧アクチュエータからの戻り油を再生利用する機能を有する作業機械（例えば油圧ショベル）に有効に適用可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１０…油圧制御システム
１２…メインポンプ
１４…第１制御弁
１６…第２制御弁
１８…再生回路
１８ａ…タンク戻り油路
１８ｂ…シリンダ供給油路
１８ｃ…再生油路
１８ｄ…チェック弁
１８ｅ…絞り弁
２０…油圧シリンダ
２０ａ…ボトム側
２０ｂ…ロッド側
２０ｃ…ロッド
２２…リモコンレバー装置
２６…コントローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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