(57)【要約】【課題】作業機械の油圧回路に関し、簡素な構成で、効率的に作動油のエネルギーを回収して再生利用する。【解決手段】第一油室１ａ及び第二油室１ｂを有する油圧シリンダ１と、油圧シリンダ１への油圧供給源である油圧ポンプ２と、を備えた油圧回路において、第一油室１ａと油圧ポンプ２とを接続する油圧供給路Ｌ１から再生管路Ｌ３を分岐して形成する。  また、再生管路Ｌ３上に、第一油室１ａから排出された作動油の流通を許容するモータ再生制御手段４と、該作動油の供給を受けて回転駆動される再生油圧モータ５を設ける。  さらに、回転駆動力伝達手段６を介して再生油圧モータ５の回転駆動力を油圧ポンプ２に伝達し、油圧ポンプ２の回転駆動力をアシストする。【選択図】図２
2011052718.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業機械に搭載され、内部に第一油室及び第二油室を有する油圧シリンダと、
該油圧シリンダへの油圧供給源である油圧ポンプと、
該油圧シリンダの該第一油室と該油圧ポンプとを接続する油圧供給路から分岐して形成された再生管路と、
該再生管路上に介装され、作動油の供給を受けて回転駆動される再生油圧モータと、
該再生管路上における該再生油圧モータよりも該油圧シリンダ側に介装され、該第一油室から排出された作動油の該再生管路内への流通を許容するとともに、該油圧ポンプから該第一油室へ供給される作動油の該再生管路内への流通を遮断するモータ再生制御手段と、
該再生油圧モータの回転駆動力を該油圧ポンプの回転駆動力として伝達する回転駆動力伝達手段と、
を備えたことを特徴とする、作業機械の油圧回路。
【請求項２】
該モータ再生制御手段が、
該再生油圧モータ側への該作動油の流通を遮断するポペットを具備したパイロットチェック弁と、
該油圧シリンダにおける該第一油室側の縮小動作時に該パイロットチェック弁の該ポペットを制御して該再生管路を開放させるパイロット制御弁と、を有する
ことを特徴とする、請求項１記載の作業機械の油圧回路。
【請求項３】
該油圧ポンプの回転軸を駆動するエンジンと、
該油圧ポンプ及び該エンジン間における回転駆動力の伝達経路上に介装されたギヤボックスと、をさらに備え、
該回転駆動力伝達手段が、
該ギヤボックスに内蔵され、該エンジンの出力軸及び該油圧ポンプの回転軸に接続された第一ギヤと、
該第一ギヤに歯合して該ギヤボックスに内蔵され、該再生油圧モータの回転軸に接続された第二ギヤと、を有する
ことを特徴とする、請求項１又は２記載の作業機械の油圧回路。
【請求項４】
該エンジンの出力軸に接続されたパイロットポンプと、
該パイロットポンプから吐出されるパイロット作動油を該再生油圧モータの潤滑油として該再生油圧モータへと導入する潤滑油供給路と、をさらに備えた
ことを特徴とする、請求項３記載の作業機械の油圧回路。
【請求項５】
該油圧供給路上における該再生管路との分岐点よりも該油圧ポンプ側に介装され、該第一油室から排出された作動油の該油圧ポンプ側への流通を遮断するチェック弁をさらに備えた
ことを特徴とする、請求項１〜４の何れか１項に記載の作業機械の油圧回路。
【請求項６】
該油圧供給路上における該再生管路との分岐点よりも該油圧ポンプ側からさらに分岐して形成され、該第一油室から排出された作動油の一部を該第二油室へと供給する第二再生管路と、
該第二再生管路上に介装され、該第一油室から排出された作動油の流量に応じて該第二再生管路を流通する作動油の流量を制御する流量制御弁と、をさらに備えた
ことを特徴とする、請求項１〜４の何れか１項に記載の作業機械の油圧回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作業機械に装備された油圧シリンダの駆動に係る油圧回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、油圧ショベルやクレーン車両に代表される作業機械では、油圧アクチュエータの伸縮動作に伴って作動油タンクへ排出される作動油のエネルギーを回生利用するための種々の技術が提案されている。例えば、特許文献１に示すように、旋回モータへ供給される余剰の圧力流体をアキュムレータに蓄圧するとともに、この圧力流体を油圧ポンプの吸い込みポートに供給して油圧アクチュエータの駆動に再利用する技術が知られている。この技術では、作動油のエネルギーを油圧エネルギーとしてアキュムレータ内に保存している。
【０００３】
また、特許文献２に示すように、油圧シリンダから排出される高圧の作動油で電動・発電機を回転駆動して発電し、電力をバッテリ装置に蓄電する技術も知られている。つまりこの技術は、作動油のエネルギーを電気エネルギーとしてバッテリ装置に保存するものである。これらの油圧回生技術では、作動油のエネルギーを何らかの形で蓄えることにより、エネルギーロスを低減させることができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１０００６号公報
【特許文献２】特開２００６−３３６８４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の油圧回生技術では、作動油のエネルギーを一時的に保存するための油圧アキュムレータやバッテリ装置が必要となるほか、専用の油圧ポンプや発電モータ、油圧バルブ類，制御用インバータ等の各種付属装置が必要となる。そのため、装置構成や制御の複雑化に繋がり、製品としての品質を確立するためのコストが高騰してしまうという課題がある。
【０００６】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたもので、簡素な構成で、効率的に作動油のエネルギーを回収して再生利用することができるようにした、作業機械の油圧回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１記載の本発明の作業機械の油圧回路は、作業機械に搭載され、内部に第一油室及び第二油室を有する油圧シリンダと、該油圧シリンダへの油圧供給源である油圧ポンプと、該油圧シリンダの該第一油室と該油圧ポンプとを接続する油圧供給路から分岐して形成された再生管路と、該再生管路上に介装され、作動油の供給を受けて回転駆動される再生油圧モータと、該再生管路上における該再生油圧モータよりも該油圧シリンダ側に介装され、該第一油室から排出された作動油の該再生管路内への流通を許容するとともに、該油圧ポンプから該第一油室へ供給される作動油の該再生管路内への流通を遮断するモータ再生制御手段と、該再生油圧モータの回転駆動力を該油圧ポンプの回転駆動力として伝達する回転駆動力伝達手段と、を備えたことを特徴としている。
【０００８】
また、請求項２記載の本発明の作業機械の油圧回路は、請求項１記載の構成に加え、該モータ再生制御手段が、該再生油圧モータ側への該作動油の流通を遮断するポペットを具備したパイロットチェック弁と、該油圧シリンダにおける該第一油室側の縮小動作時に該パイロットチェック弁の該ポペットを制御して該再生管路を開放させるパイロット制御弁と、を有することを特徴としている。
【０００９】
また、請求項３記載の本発明の作業機械の油圧回路は、請求項１又は２記載の構成に加え、該油圧ポンプの回転軸を駆動するエンジンと、該油圧ポンプ及び該エンジン間における回転駆動力の伝達経路上に介装されたギヤボックスと、をさらに備え、該回転駆動力伝達手段が、該ギヤボックスに内蔵され、該エンジンの出力軸及び該油圧ポンプの回転軸に接続された第一ギヤと、該第一ギヤに歯合して該ギヤボックスに内蔵され、該再生油圧モータの回転軸に接続された第二ギヤと、を有することを特徴としている。
【００１０】
また、請求項４記載の本発明の作業機械の油圧回路は、請求項３記載の構成に加え、該エンジンの出力軸に接続されたパイロットポンプと、該パイロットポンプから吐出されるパイロット作動油を該再生油圧モータの潤滑油として該再生油圧モータへと導入する潤滑油供給路と、をさらに備えたことを特徴としている。
また，請求項５記載の本発明の作業機械の油圧回路は、請求項１〜４の何れか１項に記載の構成に加え、該油圧供給路上における該再生管路との分岐点よりも該油圧ポンプ側に介装され、該第一油室から排出された作動油の該油圧ポンプ側への流通を遮断するチェック弁をさらに備えたことを特徴としている。
【００１１】
また，請求項６記載の本発明の作業機械の油圧回路は、請求項１〜４の何れか１項に記載の構成に加え、該油圧供給路上における該再生管路との分岐点よりも該油圧ポンプ側からさらに分岐して形成され、該第一油室から排出された作動油の一部を該第二油室へと供給する第二再生管路と、該第二再生管路上に介装され、該第一油室から排出された作動油の流量に応じて該第二再生管路を流通する作動油の流量を制御する流量制御弁と、をさらに備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の作業機の作業機械の油圧回路（請求項１）によれば、油圧シリンダの第一油室から排出される作動油のエネルギーを機械エネルギー（すなわち、再生油圧モータの回転駆動力）として油圧ポンプに伝達することにより、バッテリやアキュムレータを用いた再生手法と比較して効率よくエネルギーを回収することができる。また、バッテリやアキュムレータのように一時的にエネルギーを蓄える必要がなく、簡素な構成でコストを低減させることができる。
【００１３】
また、本発明の作業機械の油圧回路（請求項２）によれば、簡素な構成で、油圧シリンダの第一油室側から排出される作動油を再生管路へ導入することができ、その作動油のエネルギーを機械エネルギー（回転駆動力）として再利用することができる。
また、本発明の作業機械の油圧回路（請求項３）によれば、簡素な構成で、再生油圧モータの回転駆動力を油圧ポンプに伝達することができる。また、回転駆動力の伝達ロスは、再生油圧モータの容積効率やギヤボックスの伝達効率に係るロス程度であり、効率よく回転駆動力を伝達することができる。また、再生管路に作動油が流通していない場合には、再生油圧モータが無負荷状態で空転するため、エネルギーのロスを抑えることができる。
【００１４】
また、本発明の作業機械の油圧回路（請求項４）によれば、簡素な構成で、再生油圧モータを潤滑することができる。なお、油圧シリンダから排出された作動油の供給を受けて回転駆動されている状態の再生油圧モータには潤滑油が不要である。つまり、再生油圧モータに潤滑油が必要となるのは無負荷状態の空転時のみであるため、パイロットポンプの容量（パイロット作動油の供給能力）を大きくする必要がなく、コストを抑えることができる。
【００１５】
また、本発明の作業機械の油圧回路（請求項５）によれば、油圧シリンダから排出される作動油を全て再生管路側へ導入することができ、再生利用効率をさらに向上させることができる。
また、本発明の作業機械の油圧回路（請求項６）によれば、油圧シリンダの第一油室から排出される作動油の一部を第二油室へ供給することにより、油圧シリンダの伸長速度を制御することができ、操作性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る作業機械の油圧回路が適用された油圧ショベルを示す模式的な斜視図である。
【図２】本油圧回路の全体構成を示す油圧回路図である。
【図３】本発明の変形例としての作業機械の油圧回路を示す油圧回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面により、本発明の実施の形態について説明する。
［１．油圧ショベルの構成］
本発明は、図１に示す油圧ショベル３０に適用されている。この油圧ショベル３０は、クローラ式の走行装置を装備した下部走行体３１と、下部走行体３１に搭載された上部旋回体３２とを備えて構成される。上部旋回体３２は、旋回装置を介して下部走行体３１の上に水平方向に旋回自在に設置されている。
【００１８】
上部旋回体３２の車両前方側には、オペレータ（操作者）が搭乗するキャブ３３と、これに隣接して車両前方へ延出するように設けられたフロント作業装置３４とが設けられている。また、上部旋回体３２の最後端部には機体の重量バランスを保つためのカウンタウェイト３５が配設されている。
フロント作業装置３４は、各々が独立して作動するブーム３４Ａ，スティック３４Ｂ及びバケット３４Ｃの三部材から構成されている。ブーム３４Ａは、上部旋回体３２に対して起伏方向（機体の前後方向）に揺動自在に支持されている。また、スティック３４Ｂはブーム３４Ａの先端に対して機体の前後方向に揺動自在に支持されており、バケット３４Ｃはスティック３４Ｂの先端に対して前後方向に揺動自在に支持されている。これらのブーム３４Ａ，スティック３４Ｂ及びバケット３４Ｃのそれぞれには油圧シリンダが設けられ、各油圧シリンダの伸縮動作に応じて揺動する。
【００１９】
スティック３４Ｂ及びバケット３４Ｃはそれぞれ、単独の油圧シリンダ（スティックシリンダ３７，バケットシリンダ３８）によって駆動される。一方、ブーム３４Ａは二本のブームシリンダ１，１（油圧シリンダ）によって駆動される。これらのブームシリンダ１，１のシリンダの先端は上部旋回体３２に軸支され、ロッドの先端はブーム３４Ａに軸支される。なお、これらのブームシリンダ１，１の作動量は同一であり、以下単にブームシリンダ１と呼ぶ。
【００２０】
カウンタウェイト３５の直前方には、油圧ショベル３０の駆動源であるエンジン７が設置されたエンジンルーム３６が設けられている。また、油圧ショベル３０のキャブ３３内には、オペレータがブーム３４Ａを操作するためのブーム操作レバー２１が設けられている。このブーム操作レバー２１はパイロット油圧式のリモコンレバーであり、傾倒方向に対応するパイロット圧を発生させるものである。このパイロット圧は、ブームシリンダ１に供給される作動油の流量及び流通方向を制御するのに用いられる。
【００２１】
［２．油圧回路の構成］
図２にブームシリンダ１の駆動に係る油圧回路を示す。この油圧回路は、メイン駆動回路１０Ａ，再生回路１０Ｂ及びパイロット圧生成回路２０を備えて構成される。なお、図２中では、再生回路１０Ｂを一点鎖線で囲って示している。
［２−１．パイロット圧生成回路２０］
パイロット圧生成回路２０は、ブーム操作レバー２１への入力操作に応じたパイロット圧を出力するための回路である。図２に示すように、ブーム操作レバー２１の下端部にはリモコン弁２２が固設されている。リモコン弁２２は、ブーム操作レバー２１に入力される操作量及び操作方向に応じた大きさのパイロット圧を生成する制御弁である。リモコン弁２２には、パイロットポンプ１１及び作動油タンク９が接続されている。
【００２２】
リモコン弁２２の内部には、一対の減圧弁２３Ｕ，２３Ｄが内蔵され、これらの減圧弁２３Ｕ，２３Ｄの上端部がブーム操作レバー２１の下端部に連結されている。一対の減圧弁２３Ｕ，２３Ｄのうち、ブーム操作レバー２１の傾動方向に対応する一方がその傾動角度に応じて開放され、開度に応じたパイロット圧を発生させる。
図２中の記号Ｕはブームシリンダ１を伸張させる方向（ブーム上げ方向）への操作時に生じるパイロット圧を示し、記号Ｄはブームシリンダ１を縮小させる方向（ブーム下げ方向）への操作時に生じるパイロット圧を示す。これらのパイロット圧Ｕ，Ｄは、以下に説明するメイン駆動回路１０Ａ及び再生回路１０Ｂに伝達され、図２中の各所における同一記号の箇所へのパイロット圧Ｕ，Ｄとして本発明の制御に使用される。
【００２３】
［２−２．メイン駆動回路１０Ａ］
メイン駆動回路１０Ａは、ブームシリンダ１とメインポンプ２（油圧ポンプ）とを接続して作動油流路を形成する油圧回路である。メインポンプ２は、エンジン７によって駆動される可変容量形の油圧ポンプであり、作動油タンク９から作動油を吸引してブームシリンダ１に供給する。また、メインポンプ２は、図示しない旋回装置やフロント作業装置３４の油圧駆動源でもある。エンジン７の出力軸７ａは、ギヤボックス６を介してメインポンプ２の回転軸２ａに接続されている。
【００２４】
ブームシリンダ１のシリンダ内には、ヘッド室１ａ（第一油室）及びロッド室１ｂ（第二油室）が形成されている。ヘッド室１ａはブームシリンダ１の伸長動作時に作動油が供給される油室であり、ロッド室１ｂはブームシリンダ１の縮小動作時に作動油が供給される油圧である。ヘッド室１ａはロッド室１ｂよりも下方に配置されており、ロッドから入力されるフロント作業装置３４の自重による負荷を受けている。そのため、ブームシリンダ１のヘッド室１ａにはロッド室１ｂよりも概ね大きな圧力が作用している。
【００２５】
メインポンプ２とブームシリンダ１との間には、ブームシリンダ１に供給される作動油流量及び供給方向を制御するためのコントロール弁８が介装されている。以下、コントロール弁８とブームシリンダ１のヘッド室１ａとを接続する管路を第一管路Ｌ１と呼び、コントロール弁８とブームシリンダ１のロッド室１ｂとを接続する管路を第二管路Ｌ２と呼ぶ。
【００２６】
コントロール弁８は、スプールの位置を複数の位置に切り替えて作動油の流量及び流通方向を可変制御するパイロット式流量制御弁として構成されている。コントロール弁８のスプールの両端部には、パイロット圧生成回路２０で生成されたパイロット圧Ｕ，Ｄを導入するパイロット管路が接続されている。
例えば、コントロール弁８にパイロット圧Ｕが導入されたときにはスプールがＵ位置に移動し、メインポンプ２から吐出される作動油が第一管路Ｌ１側に供給される回路が形成される。これにより、ブームシリンダ１が伸長方向に作動する。また、パイロット圧Ｄが導入されたときにはスプールがＤ位置に移動し、メインポンプ２からの作動油が第二管路Ｌ２側に供給される回路が形成される。これにより、ブームシリンダ１が縮小方向に作動する。なお、これらのパイロット圧Ｕ，Ｄの何れもが導入されないときには、スプールがＸ位置に保持され、ブームシリンダ１への作動油の供給が停止する。
【００２７】
第一管路Ｌ１上にはチェック弁１２が介装されている。このチェック弁１２は、コントロール弁８側からヘッド室１ａ側への作動油の流通を許容し、逆方向への作動油の流通を遮断する一方向弁である。
また、メインポンプ２の回転軸２ａに対して直列に、パイロットポンプ１１が接続されている。このパイロットポンプ１１から吐出される作動油は、前述のパイロット圧生成回路２０に供給されるとともに、後述する再生油圧モータ５に対して潤滑油として供給される。パイロットポンプ１１から再生油圧モータ５へと供給される作動油の流路を、潤滑油供給路Ｌ７と呼ぶ。潤滑油供給路Ｌ７を介した作動油の供給は常時行われる。
【００２８】
なお、実際に作動油が潤滑油として作用するのは、再生油圧モータ５の無負荷空転時である。したがって、再生油圧モータ５の無負荷空転時にのみ潤滑油供給路Ｌ７を開放し、それ以外の時には潤滑油供給路Ｌ７を閉鎖するような制御弁を設けてもよい。
【００２９】
［２−３．再生回路１０Ｂ］
第一管路Ｌ１上におけるチェック弁１２よりもヘッド室１ａ側からは、再生管路Ｌ３が分岐して形成されている。第一管路Ｌ１と再生管路Ｌ３との分岐点を図２中に分岐点Ｑとして示す。再生管路Ｌ３は、ヘッド室１ａから排出された作動油を再生油圧モータ５側へ導入するための管路である。
【００３０】
再生油圧モータ５は、再生管路Ｌ３に介装された油圧モータであり、作動油の供給を受けて回転軸５ａを回転駆動するとともに、その作動油を作動油タンク９へ排出する。つまり、再生油圧モータ５は再生管路Ｌ３を流通する作動油のエネルギーを回転軸５ａの回転運動のエネルギーに変換する。
再生管路Ｌ３上における再生油圧モータ５と分岐点Ｑとの間には、モータ再生制御弁４（モータ再生制御手段）が介装されている。モータ再生制御弁４は、ヘッド室１ａから排出される作動油の再生管路Ｌ３内への流通を許容する機能と、メインポンプ２からブームシリンダ１のヘッド室１ａへ供給される作動油の再生管路Ｌ３内への流通を遮断する機能とを兼ね備えた制御弁ユニットである。このモータ再生制御弁４は、内部にパイロットチェック弁４ａ及びパイロット制御弁４ｃを備えて構成される。
【００３１】
パイロットチェック弁４ａ、パイロット制御によりポペット４ｂの動作を変更させるチェック弁である。パイロットチェック弁４ａの内部は、ポペット４ｂによって室Ａ，室Ｂ及び室Ｃに区画されている。
室Ａには、分岐点Ｑ側に繋がる管路と、パイロット制御弁４ｃに繋がるパイロット管路Ｌ５とが接続されている。室Ａの圧力はパイロット管路Ｌ５に導入される。室Ｂにはパイロット管路Ｌ４が接続されており、パイロット管路Ｌ４から導入される圧力を受けて室Ｂの圧力が変動する。また、室Ｃには再生油圧モータ５側へ繋がる管路が接続されている。なお、室Ｂにはポペット４ｂを室Ａ，Ｃ方向に付勢するスプリングが内蔵されている。
【００３２】
このパイロットチェック弁４ａは、室Ｂの圧力が室Ａの圧力と同じ場合には、通常の一方向弁として機能する。すなわち、パイロットチェック弁４ａは、再生油圧モータ５側から分岐点Ｑ側への作動油の流通を許容し、分岐点Ｑ側から再生油圧モータ５側への作動油の流通を遮断する。
一方、室Ｂの圧力が室Ａの圧力未満である場合には、ポペット４ｂが室Ａ側から室Ｂ側へと押し戻され、室Ａから室Ｃへの流路を開放した状態で固定される。すなわちこの場合、パイロットチェック弁４ａは、分岐点Ｑ側から再生油圧モータ５側への作動油の流通も、逆方向への作動油の流通も許容する。
【００３３】
パイロット制御弁４ｃは、パイロット圧生成回路２０から導入されるパイロット圧Ｄに応じてスプールの位置を切り換える二位置切換弁であり、パイロット管路Ｌ４の圧力を変更する機能を有する。パイロット制御弁４ｃのスプールの一端には、パイロット圧Ｄを導入するパイロット管路が接続されている。
例えば、パイロット制御弁４ｃにパイロット圧Ｄが導入された場合にはスプールがＤ位置に移動し、パイロット管路Ｌ５を閉鎖するとともにパイロット管路Ｌ４を作動油タンク９に開放する流路を形成する。つまり、パイロットチェック弁４ａにおいて室Ｂよりも室Ａが高圧となる状態を形成する。一方、パイロット制御弁４ｃにパイロット圧Ｄが導入されない場合にはスプールがＸ位置に移動し、パイロット管路Ｌ４及びＬ５を連結する流路を形成する。つまり、パイロットチェック弁４ａにおいて室Ａと室Ｂとが同圧となる状態を形成する。
【００３４】
したがって、パイロット制御弁４ｃにパイロット圧Ｄが導入されると、分岐点Ｑ側から再生油圧モータ５側への作動油の流通が許容され、作動油が再生油圧モータ５に導入される。
再生管路Ｌ３上におけるモータ再生制御弁４と再生油圧モータ５との間からは、作動油タンク９に作動油をリリーフさせるためのリリーフ管路Ｌ６が分岐して形成され、さらにリリーフ管路Ｌ６上にはリリーフ弁１３が介装されている。リリーフ弁１３は、再生管路Ｌ５内の作動油圧の上限値を設定するものであり、再生管路Ｌ３内の圧力が過度に高圧となった場合に、その作動油を作動油タンク９へ逃がすように機能する。
【００３５】
再生油圧モータ５の回転軸５ａは、ギヤボックス６（回転駆動力伝達手段）に接続されている。ギヤボックス６は、再生油圧モータ５の回転駆動力をメインポンプ２及びエンジン７に伝達する機能を有する歯車機構である。図２に示すように、ギヤボックス６の内部には、第一ギヤ６ａとこれに歯合する第二ギヤ６ｂと第三ギヤ６ｃとが内蔵されている。
第一ギヤ６ａは、エンジン７の出力軸７ａ及びメインポンプ２の回転軸２ａに接続されたギヤであり、エンジン７の回転数及びメインポンプ２の回転数に同期して回転する。なお、第一ギヤ６ａとエンジン７の出力軸７ａやメインポンプ２の回転軸２ａとの間に変速機構を介装して回転数を変更する構成としてもよいが、図２中では記載を簡略化して示している。
【００３６】
同様に、第二ギヤ６ｂは再生油圧モータ５の回転軸５ａに接続されたギヤであり、再生油圧モータ５の回転数に同期して回転する。また、第三ギヤ６ｃはジェネレータ・モータ１４の回転軸１４ａに接続されたギヤである。第一ギヤ６ａ及び第二ギヤ６ｂは所定の変速比で同期回転する。なお、第一ギヤ６ａ及び第三ギヤ６ｃ間にはクラッチ装置１５が介装されており、必要に応じてこれらのギヤの係合を断接可能となっている。
【００３７】
ジェネレータ・モータ１４は、第三ギヤ６ｃの回転運動のエネルギーを電気エネルギーに変換するための発電機である。ここで発電された電力は、図示しないバッテリ装置に蓄電されている。
［３．作用］
［３−１．ブーム上げ操作時］
ブーム操作レバー２１がブーム上げ方向に操作されると、その傾動角度に応じて減圧弁２３Ｕが開放され、パイロット圧生成回路２０においてリモコン弁２２からパイロット圧Ｕが出力される。パイロット圧Ｕがメイン駆動回路１０Ａのコントロール弁８に導入されると、そのスプールがＵ位置に設定される。これにより、メインポンプ２から吐出された作動油は第一管路Ｌ１を通り、チェック弁１２を通過してブームシリンダ１のヘッド室１ａ側に供給される。したがって、ブームシリンダ１が伸長方向に作動し、ロッド室１ｂ側から作動油が排出される。この排出された作動油は第二管路Ｌ２を通り、コントロール弁８を介して作動油タンク９へ還流する。
【００３８】
このとき、パイロット制御弁４ｃにはパイロット圧Ｄが導入されていないため、そのスプールはＸ位置に設定される。これにより、パイロットチェック弁４ａに接続されたパイロット管路Ｌ４及びＬ５が連通した状態となり、分岐点Ｑから再生管路Ｌ３側へ流入しようとする作動油の油圧がパイロットチェック弁４ａの室Ａ及び室Ｂの両方に導入される。したがって、パイロットチェック弁４ａのポペット４ｂは室Ｃの閉鎖状態を維持し、再生油圧モータ５側へ作動油が流通することはない。
【００３９】
また、エンジン７からメインポンプ２に伝達される回転駆動力は、第一ギヤ６ａ及び第二ギヤ６ｂにも伝達され、再生油圧モータ５はエンジン７の駆動力によって駆動された状態となる。また、パイロットポンプ１１から吐出される作動油が潤滑油として再生油圧モータ５に供給される。一方、このときには再生管路Ｌ３に作動油が流通していないため、再生油圧モータ５は無負荷状態で空転することになる。したがって、再生油圧モータ５の駆動に係るエネルギーロスはほとんど生じない。
【００４０】
［３−２．ブーム下げ操作時］
ブーム操作レバー２１がブーム下げ方向に操作されると、その傾動角度に応じて減圧弁２３Ｄが開放され、パイロット圧生成回路２０においてリモコン弁２２からパイロット圧Ｄが出力される。パイロット圧Ｄがメイン駆動回路１０Ａのコントロール弁８に導入されると、そのスプールがＤ位置に設定される。これにより、メインポンプ２から吐出された作動油は第二管路Ｌ２を通り、ブームシリンダ１のロッド室１ｂ側に供給される。したがって、ブームシリンダ１が縮小方向に作動し、ヘッド室１ａ側から作動油が排出される。
【００４１】
ブームシリンダ１のヘッド室１ａにはフロント作業装置３４の自重負荷が作用しているため、フロント作業装置３４が接地していない状態である場合には、ヘッド室１ａから排出される作動油の圧力がロッド室１ｂ側の作動油の圧力よりも高圧となる。また、第一管路Ｌ１上にはチェック弁１２が介装されているため、ヘッド室１ａから排出された高圧の作動油は、分岐点Ｑから再生管路Ｌ３側へ流入する。
【００４２】
このとき、パイロット制御弁４ｃにはパイロット圧Ｄが導入されているため、そのスプールがＤ位置に設定される。つまり、接続されていたパイロット管路Ｌ４及びＬ５が遮断されるとともに、パイロット管路Ｌ４が作動油タンク９に開放されて減圧される。これにより、分岐点Ｑから再生管路Ｌ３に流入しようとする作動油の油圧がパイロットチェック弁４ａの室Ａに導入されると、ポペット４ｂが室Ｂ側へ押し戻される。したがって、室Ｃ側の再生管路Ｌ３が開放され、再生油圧モータ５側へ高圧の作動油が流通する。
【００４３】
再生油圧モータ５は高圧の作動油によって回転駆動され、その回転軸５ａの回転駆動力はギヤボックス６の第二ギヤ６ｂから第一ギヤ６ａに伝達され、ひいてはメインポンプ２及びエンジン７に伝達される。このとき再生管路Ｌ３を流通する作動油は、再生油圧モータ５の潤滑油としても作用する。
なお、ギヤボックス６内のクラッチ装置１５が開放されて第一ギヤ６ａ及び第三ギヤ６ｃの係合が解除された状態では、第二ギヤ６ｂ側から伝達される回転駆動力の全てがメインポンプ２及びエンジン７に伝達され、直ちに再生利用される。一方、クラッチ装置１５が接続されると、第二ギヤ６ｂ側から伝達される回転駆動力によって第三ギヤ６ｃ及びジェネレータ・モータ１４が駆動され、回転駆動力の一部が電気エネルギーに変換され、電力が図示しないバッテリ装置に蓄電される。ここで蓄電されるエネルギー量は、クラッチ装置１５における第一ギヤ６ａ及び第三ギヤ６ｃ間の係合の度合いやこれらのギヤ比，ジェネレータ・モータ１４の発電特性等に応じた値となる。
【００４４】
［４．効果］
このように本油圧回路では、ブームシリンダ１のヘッド室１ａから排出される高圧の作動油のエネルギーが機械エネルギー（すなわち、再生油圧モータ５の回転駆動力）としてメインポンプ２に直ちに伝達される。したがって、バッテリ装置やアキュムレータを用いたエネルギーの再生手法と比較して効率よくエネルギーを回収することができる。また、アキュムレータのように一時的にエネルギーを蓄えるための装置を省略することができ、簡素な構成でコストを低減させることができる。
【００４５】
また、本油圧回路では第一管路Ｌ１上にチェック弁１２が介装されているため、ブームシリンダ１のヘッド室１ａから排出される作動油を全て再生管路Ｌ３側へ導入することができ、再生利用効率を向上させることができる。
また、本油圧回路のエネルギー再生手法においては、パイロットチェック弁４ａ，パイロット制御弁４ｂ，再生油圧モータ５及びギヤボックス６といった、一般的な油圧ショベル３０の油圧回路に多用されている装置を用いているため、アキュムレータとその専用バルブ，二次電池，インバータ等の高価な装置が不要であり、コストを抑えつつ油圧回路全体の信頼性を高めることができる。
【００４６】
特に、ブームシリンダ１のヘッド室１ａから排出される作動油を再生利用するに際し、再生管路Ｌ３上にパイロットチェック弁４ａ及びパイロット制御弁を介装するというシンプルな構成で、適切に作動油の流通を制御することができ、そのエネルギーを機械エネルギー（回転駆動力）として再利用することができる。
また、再生油圧モータ５で生成された機械エネルギーをメインポンプ２側へと伝達するための構成も、ギヤボックス６を用いた簡素な構成で実現することができる。なお、回転駆動力の伝達ロスは、再生油圧モータ５の容積効率やギヤボックス６の伝達効率に係るロス程度しか生じないため、効率よく回転駆動力を伝達することができる。また、再生管路Ｌ３に作動油が流通していない場合には、再生油圧モータ５が無負荷状態で空転するため、エネルギーのロスを抑えることができる。
【００４７】
また、ブームシリンダ１から排出された作動油の供給を受けて回転駆動されている状態の再生油圧モータ５には潤滑油が不要である。つまり、再生油圧モータ５に潤滑油が必要となるのは無負荷状態の空転時のみであるため、パイロットポンプ１１の容量（パイロット作動油の供給能力）を大きくする必要がなく、この点においてもコストを抑えることができる。
【００４８】
また、ブーム下げ操作時にギヤボックス６内のクラッチ装置１５を接続することで、再生油圧モータ５で生成された機械エネルギーをジェネレータ・モータ１４で電気エネルギーに変換して蓄電することも可能である。これにより、機械エネルギーを直ちに再利用するだけでなく、例えばその後のブーム上げ操作時にメインポンプ２の回転駆動をアシストするのに再利用することができる。
【００４９】
［５．その他］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
上述の実施形態では、第一管路Ｌ１上にチェック弁１２を介装して、ブームシリンダ１のヘッド室１ａから排出される作動油を全て再生管路Ｌ３側へ導入しているが、このような構成に代えて、戻り油の一部をロッド室１ｂ側へ供給する構成とすることも考えられる。
【００５０】
例えば、図３に示すように、上述の実施形態におけるチェック弁１２に代えて、電磁比例型のパイロット作動チェック弁１６を用いるとともに、第一管路Ｌ１から第二管路Ｌ２側へと分岐して形成された第二再生管路Ｌ８を設ける。第二再生管路Ｌ８上には、第一管路Ｌ１側から第二管路Ｌ２側への作動油の流通のみを許容するチェック弁１７と、第二管路Ｌ２側へと流通する作動油の流量を制御する流量制御弁１８とを介装する。ここで、第二管路Ｌ２側への作動油流量がパイロット圧Ｄの大きさに応じた大きさとなるように、パイロット作動チェック弁１６及び流量制御弁１８を制御する。
【００５１】
このように、ブームシリンダ１のヘッド室１ａから排出された作動油の一部をロッド室１ｂへ供給することにより、ブームシリンダ１の縮小動作速度を制御することができ、フロント作業装置３４の操作性を向上させることができる。
また、上述の実施形態では、ギヤボックス６に内蔵された第一ギヤ６ａ及び第二ギヤ６ｂを歯合させた構成が示されているが、これらの間にクラッチ装置を介装させる構成とすることも考えられる。この場合、再生油圧モータ５が無負荷状態で空転しているときにクラッチ装置を開放（すなわち、係合を解除）することにより、ブーム下げ操作時以外における再生油圧モータ５の駆動に係るエネルギーロスを解消することができ、エネルギー効率をさらに向上させることができる。
【００５２】
また、上述の実施形態では、本発明に係る油圧回路を油圧ショベル３０のブームシリンダ１を駆動するための油圧回路に適用したものを例示したが、本発明の適用対象はこれに限定されず、例えばスティックシリンダ３７やバケットシリンダ３８に適用してもよい。本発明は、油圧シリンダにおいて自重負荷が作用する油室から排出される作動油の再生利用に用いて好適であり、例えばスティックシリンダ３７においては、そのロッド室側からの戻り油を再生油圧モータ５に導入する回路構成とすることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、油圧シリンダを備えた油圧ショベル，ハイブリッド型油圧ショベル，クレーン車量等の作業機全般に適用することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１  ブームシリンダ（油圧シリンダ）
１ａ  ヘッド室（第一油室）
１ｂ  ロッド室（第二油室）
２  メインポンプ（油圧ポンプ）
２ａ  回転軸
４  モータ再生制御弁（モータ再生制御手段）
４ａ  パイロットチェック弁
４ｂ  ポペット
４ｃ  パイロット制御弁
５  再生油圧モータ
５ａ  回転軸
６  ギヤボックス（回転駆動力伝達手段）
６ａ  第一ギヤ
６ｂ  第二ギヤ
６ｃ  第三ギヤ
７  エンジン
７ａ  出力軸
８  コントロール弁
９  作動油タンク
１０Ａ  メイン駆動回路
１０Ｂ  再生回路
１１  パイロットポンプ
１２  チェック弁
１３  リリーフ弁
１４  ジェネレータ・モータ
１４ａ  回転軸
１５  クラッチ装置
１６  パイロット作動チェック弁
１７  チェック弁
１８  流量制御弁
２０  パイロット圧生成回路
２１  ブーム操作レバー
２２  リモコン弁
２３Ｕ，２３Ｄ  減圧弁
３０  油圧ショベル
Ｌ１  第一管路
Ｌ２  第二管路
Ｌ３  再生管路
Ｌ４，Ｌ５  パイロット管路
Ｌ６  リリーフ管路
Ｌ７  潤滑油供給路
Ｌ８  第二再生管路
【図１】
2011052718.tif 000003
【図２】
2011052718.tif 000004
【図３】
2011052718.tif 000005