(57)【要約】      （修正有）【課題】油圧アクチュエータの減速時の戻り油のエネルギーの回生と吸込み側でのキャビテーションの発生を簡素な構造で防止する油圧作業機械を提供する。【解決手段】油圧作業機械は、コントロールバルブ５１から油圧アクチュエータ４４への供給ラインと、油圧アクチュエータ４４からコントロールバルブ５１への戻りラインと、戻りラインとは別の背圧保持ライン５８と、背圧保持ライン５８に背圧を生じさせる背圧保持弁６０と、ブレーキ弁６２Ａ，６２Ｂと、アンチキャビテーション用ライン６４Ａ，６４Ｂと、回生モータ６８と、その上流側及び下流側の回生一次ライン７０及び回生二次ライン７２と、回生切換装置７４Ａ，７４Ｂ，７６，７８と、を備える。回生二次ライン７２は、回生モータ６８から排出される作動油を背圧保持ライン５８に導入する。【選択図】図１
2015105686.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
油圧作業機械であって、
エンジンと、
このエンジンにより駆動されることにより作動油を吐出する油圧ポンプと、
この油圧ポンプが吐出する作動油の供給を受ける入口ポート及び当該作動油を排出する出口ポートを有し、当該作動油の供給を受けて駆動される油圧アクチュエータと、
前記油圧ポンプと前記油圧アクチュエータとの間に介在し、当該油圧アクチュエータを当該油圧ポンプ及びタンクからブロックする駆動停止位置と当該油圧ポンプから当該油圧アクチュエータの入口ポートへの作動油の供給及び当該油圧アクチュエータの出口ポートから前記タンクへの作動油の排出を許容する流路を形成する駆動位置とに切換わることが可能なコントロールバルブと、
前記コントロールバルブと前記油圧アクチュエータの入口ポートとを接続する供給ラインと、
前記コントロールバルブと前記油圧アクチュエータの出口ポートとを接続する戻りラインと、
前記戻りラインとは別の経路で前記油圧アクチュエータから排出される作動油を戻り油としてタンクに戻すための背圧保持ラインと、
前記背圧保持ラインと前記タンクとの間に介在し、当該背圧保持ラインに一定の背圧を生じさせる背圧保持弁と、
前記油圧アクチュエータと前記背圧保持ラインとの間に介在し、前記コントロールバルブが前記駆動停止位置にあるときに前記油圧アクチュエータの出口側にブレーキ圧を発生させながら当該出口側を前記背圧保持ラインに連通するブレーキ弁と、
前記コントロールバルブが前記駆動停止位置にあるときに前記背圧保持ラインを流れる作動油がアンチキャビテーション用作動油として前記油圧アクチュエータの入口側に供給されるのを許容するアンチキャビテーション用ラインと、
エンジンの出力軸に連結され、前記戻り油の供給を受けることにより回転して当該エンジンをアシストする回生モータと、
前記戻りラインから分岐して前記油圧アクチュエータから排出される戻り油を前記回生モータの入口に導入する回生一次ラインと、
前記回生モータの出口から排出される作動油を前記背圧保持ラインに導入する回生二次ラインと、
前記回生一次ラインを連通する回生許容状態と遮断する回生阻止状態とに切換わり可能であり、油圧アクチュエータの減速時に前記回生許容状態に切換わる回生切換装置と、を備える油圧作業機械。
【請求項２】
請求項１記載の油圧作業機械であって、前記背圧保持弁は、設定圧が与えられたバネ付チェック弁であり、前記背圧保持ラインの圧力が前記設定圧以上のときに開弁して当該背圧保持ラインから前記タンクへの作動油の流れを許容する一方で当該タンクから当該背圧保持ラインへの作動油の流れを阻止する弁である、油圧作業機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は油圧ショベル等の油圧作業機械であってエネルギー回生機能を有するものに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、油圧ショベル等の油圧作業機械において、当該作業機械に含まれる油圧アクチュエータが持つエネルギーを回生する機能を有するものが知られている。具体的に、特許文献１には、エンジンと、油圧アクチュエータと、前記エンジンに連結される回生モータと、を備えた作業機械であって、前記油圧アクチュエータから排出される油によって前記回生モータを回転させることにより前記エンジンをアシストするものが、開示されている。この作業機械を、図２及び図３を参照しながら説明する。図２は、特許文献１に記載される作業機械である油圧ショベルの概略を示し、図３はこれに搭載される油圧回路を示している。当該油圧作業機械に設けられる油圧回路を示している。
【０００３】
図２に示す油圧ショベルは、下部走行体１と、その上に地面に対して垂直な軸Ｘ回りに旋回可能に搭載される上部旋回体２と、掘削アタッチメント３と、を備え、掘削アタッチメント３は、ブーム４、アーム５、バケット６、ブーム４を起伏させるブームシリンダ７、ブーム４に対してアーム５を回動させるアームシリンダ８、及びアーム５に対してバケット６を回動させるバケットシリンダ９を備える。
【０００４】
図３に示される油圧回路は、エンジン１１により駆動される油圧ポンプ１０と、上部旋回体２を旋回させる旋回モータ１２と、旋回モータ１２の制御のためのコントロールバルブ１３と、右旋回用及び左旋回用管路１４，１５と、右側及び左側ブレーキ用リリーフ弁１６，１７と、右側及び左側アンチキャビテーション用のチェック弁１８，１９と、回生回路２０と、を備える。
【０００５】
前記コントロールバルブ１３は、前記油圧ポンプ１０及びタンクＴと前記旋回モータ１２との間に設けられ、図示しないリモコン弁からのパイロット圧によって切換操作される油圧切換弁からなる。この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の流路を切換えるように作動し、これにより、旋回モータ１２の回転／停止の切換、回転方向、回転速度、の制御を可能にする。具体的に、コントロールバルブ１３は、前記リモコン弁が操作されないときは図示の中立位置１３ａを保ち、リモコン弁が操作されるとその操作量に対応したストロークで前記中立位置１３ａから右旋回位置１３ｂまたは左旋回位置１３ｃに開弁作動する。前記右側及び左側旋回用管路１４，１５は、前記コントロールバルブ１３と前記旋回モータ１２の右旋回用及び左旋回用ポート１２ａ，１２ｂとをそれぞれ接続するように配管される。
【０００６】
コントロールバルブ１３は、前記中立位置１３ａでは、前記油圧ポンプ１０から前記右側及び左側旋回用管路１４，１５をブロックして旋回モータ１２の回転を阻止する一方、前記右旋回位置１３ｂまたは左旋回位置１３ｃでは、前記油圧ポンプ１０を右旋回管路１４または左旋回管路１５に接続し、これにより旋回モータ１２を右回転または左回転させて上部旋回体２を右旋回または左旋回させる。
【０００７】
前記リリーフ弁１６，１７は、右旋回用及び左旋回用管路１４，１５と、タンクＴにつながるタンクライン３０との間にそれぞれ介在し、対応する管路１４または１５の圧力が設定圧以上になったときに開弁して当該管路１４または１５をタンクＴに連通する。前記各チェック弁１８，１９は前記各リリーフ弁１６，１７とそれぞれ並列に配置され、前記右旋回用管路１４及び左旋回用管路１５と前記タンクライン３０との間にそれぞれ介在する。各チェック弁１８，１９は、タンクライン３０から右側及び左側旋回用管路１４，１５への作動油の流れは許容する一方で右旋回用管路１４及び左旋回用管路１５からタンクライン３０への作動油の流れを阻止する。
【０００８】
前記回生回路２０は、回生モータ２１と、回生切換弁２２と、前記左旋回用管路１５から分岐する右旋回用回生ライン２３と、前記右旋回用管路１４から分岐する左旋回用回生ライン２４と、タンクＴに通ずる回生用タンクライン２５と、を有する。
【０００９】
前記回生モータ２１は、可変容量型油圧モータからなり、前記油圧ポンプ１０とともにエンジン１１の出力軸に連結されている。この回生モータ２１は、前記回生用タンクライン２５に設けられ、この回生用タンクライン２５をタンクＴに向かって流れる作動油（戻り油）により回転させられ、これにより前記エンジン１１による油圧モータ１０の駆動をアシストする。
【００１０】
前記回生切換弁２２は、前記両回生ライン２３，２４と前記回生用タンクライン２５との間に介在する。回生切換弁２２は、図略のコントローラにより切換制御可能な例えば３位置電磁切換弁により構成され、中立位置２２ａと、右旋回用回生位置２２ｂと、左旋回用回生位置２２ｃと、を有する。回生切換弁２２は、前記中立位置２２ａでは両回生ライン２３，２４を前記回生用タンクライン２５からブロックし、前記右旋回用回生位置２２ｂでは前記右旋回用回生ライン２３を前記回生用タンクライン２５に接続し、前記左旋回用回生位置２２ｃでは前記左旋回用回生ライン２４を前記回生用タンクライン２５に接続する。
【００１１】
この回路において、たとえばコントロールバルブ１３が右旋回位置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がポンプ１０及びタンクＴからブロックされ、これにより、旋回モータ１２への圧油の供給及び旋回モータ１２からタンクＴへの油の戻りが阻止される。その一方、旋回モータ１２は上部旋回体２の慣性によって右旋回に対応する方向の回転を続けようとするため、排出側管路すなわちメータアウト管路に相当する左旋回管路１５に圧力が立つ。そして、当該圧力が左側リリーフ弁１７の設定圧に達した時点で当該左側リリーフ弁１７が開き、左旋回管路１５の作動油がタンクライン３０に流れることを許容する。従って、当該左側リリーフ弁１７の設定圧に相当するブレーキ力が旋回モータ１２に作用する。
【００１２】
一方、前記旋回モータ１２の右旋回管路１４が負圧傾向になると、タンクＴの作動油がタンクライン３０から右側チェック弁１８を経由して右旋回管路１４に吸い上げられ、これによりキャビテーションが防止される。すなわち、当該右旋回管路１４に、図３に黒矢印で示されるようなアンチキャビテーション用作動油が自動的に供給される。
【００１３】
さらに、この右旋回減速時において、回生切換弁２２は右旋回側回生位置２２ｂに切換えられ、これにより、旋回モータ１２の左旋回ポート１２ｂから排出される作動油を右旋回側回生ライン２３及び回生用タンクライン２５を通じて回生モータ２１に流す。この作動油の導入により当該回生モータ２１が回転し、エンジン１１による油圧モータ１０の駆動をアシストする。このように、回生モータ２１は旋回モータ１２から排出される作動油のエネルギーを回転エネルギーに変換すなわち回生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００３−１２０６１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
図３に示される回路では、旋回モータ１２の入口側の管路の負圧によってタンク内の作動油をアンチキャビテーション用作動油として吸い上げるものであるため、当該入口側の圧力が十分に上がらない可能性、つまり、キャビテーションの防止が十分に行われない可能性がある。
【００１６】
この不都合を解消する手段として、前記特許文献１には、旋回モータから排出される戻り油の一部をアキュムレータに導入して蓄え、旋回減速時に当該アキュムレータから旋回モータの吸込み側にアンチキャビテーション用作動油を供給する技術が開示されているが、この技術ではアンチキャビテーション用のアキュムレータ及びこれに付随する複数の切換弁が必要であり、構造の複雑化及びコストの増大は免れ得ない。また、前記戻り油の一部は回生モータの回転駆動に用いられるため、前記アキュムレータから旋回モータの吸込み側に補充されるべきアンチキャビテーション用作動油が不足するおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、前記課題を解決するための手段として、油圧モータ等の油圧アクチュエータを備えた油圧作業機械であって、当該油圧アクチュエータの減速時にその戻り油のエネルギーの回生を行いながら当該油圧アクチュエータの吸込み側でのキャビテーションの発生を簡素な構造でより確実に防止することが可能なものを提供することを目的とする。
【００１８】
本発明が提供する油圧作業機械は、エンジンと、このエンジンにより駆動されることにより作動油を吐出する油圧ポンプと、この油圧ポンプが吐出する作動油の供給を受ける入口ポート及び当該作動油を排出する出口ポートを有し、当該作動油の供給を受けて駆動される油圧アクチュエータと、前記油圧ポンプと前記油圧アクチュエータとの間に介在し、当該油圧アクチュエータを当該油圧ポンプ及びタンクからブロックする駆動停止位置と当該油圧ポンプから当該油圧アクチュエータの入口ポートへの作動油の供給及び当該油圧アクチュエータの出口ポートから前記タンクへの作動油の排出を許容する流路を形成する駆動位置とに切換わることが可能なコントロールバルブと、前記コントロールバルブと前記油圧アクチュエータの入口ポートとを接続する供給ラインと、前記コントロールバルブと前記油圧アクチュエータの出口ポートとを接続する戻りラインと、前記戻りラインとは別の経路で前記油圧アクチュエータから排出される作動油を戻り油としてタンクに戻すための背圧保持ラインと、前記背圧保持ラインと前記タンクとの間に介在し、当該背圧保持ラインに一定の背圧を生じさせる背圧保持弁と、前記油圧アクチュエータと前記背圧保持ラインとの間に介在し、前記コントロールバルブが前記駆動停止位置にあるときに前記油圧アクチュエータの出口側にブレーキ圧を発生させながら当該出口側を前記背圧保持ラインに連通するブレーキ弁と、前記コントロールバルブが前記駆動停止位置にあるときに前記背圧保持ラインを流れる作動油がアンチキャビテーション用作動油として前記油圧アクチュエータの入口側に供給されるのを許容するアンチキャビテーション用ラインと、エンジンの出力軸に連結され、前記戻り油の供給を受けることにより回転して当該エンジンをアシストする回生モータと、前記戻りラインから分岐して前記油圧アクチュエータから排出される戻り油を前記回生モータの入口に導入する回生一次ラインと、前記回生モータの出口から排出される作動油を前記背圧保持ラインに導入する回生二次ラインと、前記回生一次ラインを連通する回生許容状態と遮断する回生阻止状態とに切換わり可能であり、油圧アクチュエータの減速時に前記回生許容状態に切換わる回生切換装置と、を備える。
【００１９】
この油圧作業機械によれば、前記背圧保持弁と前記回生二次ラインとの組み合わせが、効率のよい回生を行いながら油圧アクチュエータの吸込み側でのキャビテーションの発生の確実な防止を可能にする。
【００２０】
まず、この油圧作業機械の基本的な減速動作として、コントロールバルブがその駆動位置から駆動停止位置に切換えられるときに、ブレーキ弁が当該油圧アクチュエータの出口側にブレーキ圧を発生させながら当該油圧アクチュエータから排出される作動油の一部を背圧保持ラインに逃がすことにより油圧アクチュエータが減速されるとともに、当該背圧保持ラインにおける作動油がアンチキャビテーション用ラインを通じて前記油圧アクチュエータの入口側すなわち吸込み側に補給されることにより、当該吸込み側の圧力が少なくとも前記背圧またはそれに近い圧力に保持され、これにより、当該吸込み側でのキャビテーションが防がれる。
【００２１】
さらに、この減速時には回生切換装置が回生許容状態に切換わることにより、前記油圧アクチュエータの出口から排出される戻り油の一部であって前記ブレーキ弁の上流側の比較的高い圧力を有する作動油が回生一次ラインを通じて回生モータに導入され、当該回生モータを回すことにより、当該戻り油のエネルギーが高い効率で回生される。しかも、この回生モータから排出される作動油すなわち当該回生モータの回転に寄与した戻り油が回生二次ラインを通じて背圧保持ラインすなわち背圧保持弁の上流側のラインに還元されることにより、前記ブレーキ弁を通過した作動油だけでなく前記回生モータの回転に寄与した作動油もアンチキャビテーション用作動油として油圧アクチュエータの入口側に補給されることができる。すなわち、前記油圧アクチュエータから排出される戻り油のほぼ全量が当該油圧アクチュエータの入口側にアンチキャビテーション用作動油として補給されることが可能であり、これにより、当該アンチキャビテーション用作動油の不足が解消され、キャビテーションの防止がより確実になる。
【００２２】
また、前記背圧保持弁は、例えば、バネ付チェック弁であって前記背圧保持ラインの圧力が前記設定圧以上のときに開弁して当該背圧保持ラインから前記タンクへの作動油の流れを許容する一方で当該タンクから当該背圧保持ラインへの作動油の流れを阻止する弁、といった簡素なもので、構成されることが可能である。
【発明の効果】
【００２３】
以上のように、本発明によれば、油圧モータ等の油圧アクチュエータを備えた油圧作業機械であって、当該油圧アクチュエータの減速時における当該油圧アクチュエータの吸込み側でのキャビテーションの発生を簡素な構造でより確実に防止することが可能なものが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態に係る油圧ショベルの主要部を示す油圧回路図である。
【図２】本発明の適用対象となる油圧ショベルの概略側面図である。
【図３】従来技術を示す回路構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明の実施形態を図１〜図３によって説明する。
【００２６】
この実施形態は、本発明が前記の図３に示される油圧ショベルに適用されたものであって、図１に示すような構成要素を具備する。すなわち、この油圧ショベルは、主要な構成要素として、エンジン４０と、第１油圧ポンプ４１と、第２油圧ポンプ４２と、旋回モータ４４を含む複数の油圧アクチュエータと、コントロールバルブ４６〜４８，５０〜５２と、リモコン弁５４と、第１モータライン５６Ａと、第２モータライン５６Ｂと、背圧保持ライン５８と、背圧保持弁６０と、ブレーキ弁として機能する第１及び第２リリーフ弁６２Ａ，６２Ｂと、第１及び第２アンチキャビテーション用ライン６４Ａ，６４Ｂと、回生回路ＣＲと、回生切換装置と、を備える。
【００２７】
前記第１油圧ポンプ４１及び前記第２油圧ポンプ４２はともに前記エンジン４０の出力軸に連結され、このエンジン４０により駆動されることによりそれぞれ作動油を吐出する。第１油圧ポンプ４１及び第２油圧ポンプ４２の吐出口にはそれぞれセンターバイパスライン４３Ａ，４３Ｂが接続され、これらのセンターバイパスライン４３Ａ，４３ＢはいずれもタンクＴに至っている。
【００２８】
前記各コントロールバルブ４６〜４８，５０〜５２は、それぞれ、対応する油圧アクチュエータへの作動油の供給及び当該油圧アクチュエータからの作動油の排出の切換を行うように作動する。これらのうち、コントロールバルブ４６〜４８は前記センターバイパスライン４３Ａに沿って配置され、コントロールバルブ５０〜５２は前記センターバイパスライン４３Ｂに沿って配置される。前記各コントロールバルブ４６〜４８は、前記センターバイパスライン４３Ａを開通する中立位置と、当該センターバイパスライン４３Ａを通じて流入する作動油を対応するアクチュエータに供給する駆動位置とを有する。同様に、前記各コントロールバルブ５０〜５２は、前記センターバイパスライン４３Ｂを開通する中立位置と、当該センターバイパスライン４３Ｂを通じて流入する作動油を対応するアクチュエータに供給する駆動位置とを有する。
【００２９】
前記旋回モータ４４は、前記複数の油圧アクチュエータのうちの一つであって、図２に示される上部旋回体２を旋回させるための油圧モータである。具体的に、旋回モータ４４は第１ポート４４ａ及び第２ポート４４ｂを有し、両ポート４４ａ，４４ｂのうちの一方のポートが作動油の供給を受けることにより当該ポートに対応する方向に回転して同方向に上部旋回体２を旋回させるとともに他方のポートから作動油を排出する。
【００３０】
前記コントロールバルブ４６〜４８，５０〜５２のうちのコントロールバルブ５１が、前記旋回モータ４４に対応する。このコントロールバルブ５１は、当該旋回モータ４４と前記油圧ポンプ４２との間に介在する。前記第１モータライン５６Ａは前記コントロールバルブ５１を前記旋回モータ４４の第１ポート４４ａに接続し、前記第２モータライン５６Ｂは前記コントロールバルブ５１を前記旋回モータ４４の第２ポート４４ｂに接続する。
【００３１】
前記コントロールバルブ５１は、一対のパイロットポートを有する３位置のパイロット式油圧切換弁により構成され、駆動停止位置である中立位置５１ａと、第１駆動位置５１ｂと、第２駆動位置５１ｃと、を有する。コントロールバルブ５１は、前記中立位置５１ａでは、前記旋回モータ４４の両ポート４４ａ，４４ｂを当該油圧ポンプ４２及びタンクＴからブロックし、これにより旋回モータ４４の駆動を阻止する。コントロールバルブ５１は、前記第１駆動位置５１ｂでは、前記油圧ポンプ４２から前記第１モータライン５６Ａを通じて前記旋回モータ４４の第１ポート４４ａに作動油が供給されるのを許容する油路を形成するとともに当該旋回モータ４４の第２ポート４４ｂから前記第２モータライン５６Ｂを通じて前記タンクＴに作動油が排出されるのを許容する油路を形成し、これにより旋回モータ４４を第１の方向（例えば左方向）に回転させて当該方向に上部旋回体２を旋回させる。同様に、コントロールバルブ５１は、前記第２駆動位置５１ｃでは、前記油圧ポンプ４２から前記第２モータライン５６Ｂを通じて前記旋回モータ４４の第２ポート４４ｂに作動油が供給されるのを許容する油路を形成するとともに当該旋回モータ４４の第１ポート４４ａから前記第１モータライン５６Ａを通じて前記タンクＴに作動油が排出されるのを許容する油路を形成し、これにより旋回モータ４４を第２の方向（例えば右方向）に回転させて当該方向に上部旋回体２を旋回させる。
【００３２】
前記リモコン弁５４は、前記コントロールバルブ５１の位置を切換えて旋回モータ４４を駆動しまたは停止させるために操作される。リモコン弁５４は、操作レバー及びリモコン弁本体を有する。リモコン弁本体は、操作レバーが中立位置から操作されないときはパイロット圧を出力せず、これによりコントロールバルブ５１は中立位置５１ａを保つ。一方、操作レバーが中立位置から左右いずれかの側に操作されたときは、リモコン弁本体はコントロールバルブ５１の両パイロットポートのうち前記操作レバーの操作方向に対応するパイロットポートに対して当該操作レバーの操作量に対応した大きさのパイロット圧を供給する。これにより、当該コントロールバルブ５１は前記第１及び第２駆動位置５１ｂ，５１ｃのうち前記パイロット圧の供給を受けたパイロットポートに対応する駆動位置へ前記パイロット圧に相当するストロークだけ作動する。
【００３３】
前記背圧保持ライン５８は、前記戻りライン５６Ｂまたは５６Ａとは別の経路で前記旋回モータ４４から排出される作動油を戻り油としてタンクＴに戻すための管路である。前記背圧保持弁６０は、前記背圧保持ライン５８とタンクＴとの間に介在し、当該背圧保持ライン５８に一定の背圧を生じさせる。具体的に、この実施の形態に係る背圧保持弁６０は、簡易なバネ付チェック弁により構成され、タンクＴから背圧保持ライン５８への作動油の流れは阻止し、背圧保持ライン５８からタンクＴへの作動油の流れについては当該背圧保持ライン５８内の圧力が一定のバネ圧以上となったときにのみ開弁して当該作動油の流れすなわち前記背圧保持ライン５８からタンクＴへの作動油の流出を許容する。従って、当該背圧保持弁６０は前記背圧保持ライン５８内に前記バネ圧に相当する背圧を生じさせることが可能である。
【００３４】
前記第１リリーフ弁６２Ａ及び前記第２リリーフ弁６２Ｂは、それぞれ、前記第２モータライン５６Ｂ及び第１モータライン５６Ａと前記背圧保持ライン５８との間に介在し、後述のようなコントロールバルブ５１の中立位置５１ａへの復帰による旋回モータ４４の減速時にブレーキ弁として機能する。具体的に、第１リリーフ弁６２Ａは、その一次圧すなわち前記第２モータライン５６Ｂ内の圧力が当該第１リリーフ弁６２Ａに与えられた設定圧以上である場合にのみ開弁し、当該第２モータライン５６Ｂから当該背圧保持ライン５８への作動油の流入を許容する。同様に、第２リリーフ弁６２Ｂは、その一次圧すなわち前記第１モータライン５６Ａ内の圧力が当該第２リリーフ弁６２Ｂに与えられた設定圧以上である場合にのみ開弁し、当該第１モータライン５６Ａから当該背圧保持ライン５８への作動油の流入を許容する。
【００３５】
前記第１及び第２アンチキャビテーション用ライン６４Ａ，６４Ｂは、前記コントロールバルブ５１が前記中立位置５１ａにあるときに前記背圧保持ライン５８を流れる作動油がアンチキャビテーション用作動油として前記第１及び第２モータライン５６Ａ，５６Ｂにそれぞれ供給されるのを許容するための管路である。具体的に、第１アンチキャビテーション用ライン６４Ａは、前記第１モータライン５６Ａと前記背圧保持ライン５８との間に介在するとともに、当該背圧保持ライン５８から当該第１モータライン５６Ａへ向かう方向にのみ作動油の流れを許容する第１チェック弁６６Ａを含む。同様に、第２アンチキャビテーション用ライン６４Ｂは、前記第２モータライン５６Ｂと前記背圧保持ライン５８との間に介在するとともに、当該背圧保持ライン５８から当該第２モータライン５６Ｂへ向かう方向にのみ作動油の流れを許容する第２チェック弁６６Ｂを含む。
【００３６】
前記回生回路ＣＲは、前記旋回モータ４４から排出される戻り油のもつエネルギーを回生エネルギーとして回収し、前記エンジン４０による油圧ポンプ４１，４２の駆動のアシストに還元するための回路である。この実施の形態に係る回生回路ＣＲは、回生モータ６８と、回生一次ライン７０と、回生二次ライン７２と、を有する。
【００３７】
前記回生モータ６８は、前記エンジン４０の出力軸に連結され、前記戻り油の供給を受けることにより回転して当該エンジン４０をアシストする。詳しくは、当該回生モータ６８は、前記旋回モータ４４から排出される戻り油の供給を受ける入口と、当該戻り油を排出する出口と、を有し、当該戻り油の供給を受けることにより前記エンジン４０が油圧ポンプ４１，４２を駆動するのをアシストする方向に回転する。
【００３８】
前記回生一次ライン７０は、前記旋回モータ４４から排出される戻り油を前記回生モータ６８の入口に導入するための管路であり、第１分岐ライン７０ａと、第２分岐ライン７０ｂと、シャトル弁７１と、導入ライン７０ｃと、を有する。第１及び第２分岐ライン７０ａ，７０ｂは、それぞれ前記第１モータライン５４Ａ及び第２モータライン５４Ｂから分岐し、前記シャトル弁７１の一対の入口にそれぞれ接続される。シャトル弁７１は、各入口から導入される作動油のうち圧力の高いものを高位選択し、出口から排出する。導入ライン７０ｃは、前記シャトル弁７１の出口と前記回生モータ６８の入口とを接続し、当該シャトル弁７１の出口から排出される作動油を前記回生モータ６８の入口に導入する。
【００３９】
前記回生二次ライン７２は、前記回生モータ６８の出口側に設けられる管路である。その特徴として、当該回生二次ライン７２は、前記回生モータ６８の出口から排出される作動油を前記背圧保持ライン５８に導入するように、当該出口と当該背圧保持ライン５８とを接続する。
【００４０】
前記回生切換装置は、前記回生回路ＣＲによる回生のオンオフを行う装置であって、前記回生一次ライン７０を連通する回生許容状態と遮断する回生阻止状態とに切換わり可能であり、旋回モータ４４の減速時に前記回生許容状態に切換わる。この実施の形態に係る回生切換装置は、旋回モータ４４が減速状態にあるか否かを検出する検出部と、前記回生一次ライン７０の開通及び遮断の切換を行う切換部と、当該切換部を制御する制御部と、を有する。
【００４１】
より具体的に、この実施の形態に係る回生切換装置は、前記検出部を構成する圧力センサ７４Ａ，７４Ｂと、前記切換部を構成する回生切換弁７６と、前記制御部を構成するコントローラ７８と、を備える。
【００４２】
前記圧力センサ７４Ａ，７４Ｂは、それぞれ、前記第１及び第２モータライン５６Ａ，５６Ｂ内の圧力を検出する。具体的には、当該圧力に対応する検出信号を生成して前記コントローラ７８に入力する。前記コントローラ７８は、前記圧力センサ７４Ａ，７４Ｂが検出する圧力と前記旋回モータ４４の回転方向とに基づいて、当該旋回モータ４４が減速状態にあるか否かを判断し、減速状態にあると判断した場合にのみ回生一次ライン７０の開通を行うように前記回生切換弁７６の切換を制御する。
【００４３】
前記回生切換弁７６は、前記回生一次ライン７０における導入ライン７０ｃの途中に設けられ、当該導入ライン７０ｃを開通する開き位置７６ａと当該回生一次ライン７０を遮断する閉じ位置７６ｂとを有する。この回生切換弁７６は、例えば、図１に示されるようにソレノイド７７を有する２位置の電磁切換弁により構成されることが可能であり、前記ソレノイド７７に電気信号が入力された場合にのみ前記閉じ位置７６ｂから前記開き位置７６ａに切換えられる。
【００４４】
本発明に係る回生切換装置は図１に示されるものに限られない。例えば、この回生切換装置の切換部はリモコン弁５４の操作レバーの操作に基づいて旋回の減速を判断するものでもよい。また、前記回生切換弁７６及び前記シャトル弁７１に代えてこれらを複合した機能をもつ３位置切換弁、すなわち、第１及び第２分岐ライン７０ａ，７０ｂを回生モータ６８から遮断する遮断位置と、第１及び第２分岐ライン７０ａ，７０ｂをそれぞれ択一的に回生モータ６８に連通する第１及び第２開通位置と、を有する切換弁、を具備してもよい。
【００４５】
次に、この回路の作用を説明する。
【００４６】
エンジン４０が作動して油圧ポンプ４１，４２が作動している状態で、リモコン弁５４の操作レバーが操作され、これによりコントロールバルブ５１が例えば第１駆動位置５１ｂに切換えられると、前記油圧ポンプ４２から吐出される作動油が当該コントロールバルブ５１及び第１モータライン５６Ａを経由して旋回モータ４４の第１ポート４４ａに供給され、これにより当該旋回モータ４４を第１の方向に回す。当該旋回モータ４４は第２ポート４４ｂから作動油を排出し、この作動油は戻り油として第２モータライン５６Ｂ及び前記コントロールバルブ５１を経由してタンクＴに戻される。このとき、回生切換装置のコントローラ７８は回生切換弁７６を閉じ位置７６ｂに保ち、回生モータ６８への作動油の流入を阻止する。
【００４７】
この状態から前記操作レバーが中立位置に戻され、これによりコントロールバルブ５１が中立位置５１ａに戻ると、当該コントロールバルブ５１が第１モータライン５６Ａ及び第２モータライン５６Ｂをともに油圧ポンプ４２及びタンクＴから遮断し、これにより、油圧ポンプ４２から旋回モータ４４への作動油の供給を阻止する。
【００４８】
この時点では、上部旋回体２の慣性モーメントにより旋回モータ４４が回転を続け、その第２ポート４４ｂから第２モータライン５６Ｂに作動油を出力する。この第２モータライン５６Ｂはタンクから遮断されているため、当該作動油の排出に伴って当該第２モータライン５６Ｂ内の圧力が上昇する。そして、この圧力が第１リリーフ弁６２Ａの設定圧に達した時点で当該第１リリーフ弁６２Ａが開弁し、前記第２モータライン５６Ｂから背圧保持ライン５８への作動油の流出を許容する。従って、当該第１リリーフ弁６２Ａは、第２モータライン５６Ｂ内の圧力を当該第１リリーフ弁６２Ａの設定圧に相当する圧力に保ち、この圧力をブレーキ圧として旋回モータ４４の制動に働かせる。
【００４９】
一方、旋回モータ４４の吸込み側の管路である第１モータライン５６Ａでは、この第１モータライン５６Ａに作動油が供給されないにもかかわらず前記旋回モータ４４の回転による作動油の吸込みが継続されるため、当該第１モータライン５６Ａの圧力が低下する。しかし、この圧力が前記背圧保持弁６０により保持される背圧保持ライン５８内の圧力すなわち背圧よりも下がった時点で、当該背圧保持ライン５８から第１アンチキャビテーション用ライン６４を通じて（換言すれば、第１リリーフ弁６２Ａから背圧保持ライン５８及び第１アンチキャビテーション用ライン６４Ａを通じて）前記第１モータライン５６Ａにアンチキャビテーション用作動油が当該背圧によって補給され、これにより、前記第１モータライン５６Ａ内の圧力が少なくとも前記背圧またはそれに近い圧力に保持されて当該第１モータライン５６内でのキャビテーションが防がれる。
【００５０】
さらに、回生切換装置においては、圧力センサ７４Ａ，７４Ｂが検出する圧力に基づいてコントローラ７８が旋回減速時であると判定し、回生切換弁７６のソレノイド７７に指令信号を入力して当該回生切換弁７６を開き位置７６ａに切換える。これにより、回生回路ＣＲによる戻り油のエネルギーの回生が行われる。具体的に、前記第２モータライン５６Ｂを流れる戻り油は第２分岐ライン７０ｂ、シャトル弁７１及び導入ライン７０ｃを経由して回生モータ６８の入口に流れ込み、当該回生モータ６８を回す。これにより、当該戻り油のエネルギーが回生モータ６８の回転エネルギーに変換され、エンジン４０による油圧ポンプ４１，４２の駆動のアシストに利用される。
【００５１】
さらに、この回路の特徴として、前記回生モータ６８の回転に寄与した後の戻り油、すなわち当該回生モータ６８の出口から排出される戻り油が回生二次ライン７２を経由して背圧保持ライン５８すなわち背圧保持弁６０の上流側のラインに導入される。これにより、この回生モータ６８の回転に用いられた戻り油もアンチキャビテーション用作動油として利用されることが可能となる。つまり、この回路では、旋回モータ４４から排出される作動油が第１リリーフ弁６２Ａ（または第２リリーフ弁６２Ｂ）と回生モータ６８とに分流するが、いずれの作動油も背圧保持ライン５８に導入されるため、背圧保持弁６０が閉じているときは前記旋回モータ４４から排出される作動油のほぼ全量が背圧保持ライン５８を経由してアンチキャビテーション用作動油として利用されることになる。従って、アンチキャビテーション用作動油の不足によるキャビテーションの発生がより確実に防がれる。
【００５２】
しかも、この効果は、背圧保持ライン５８の背圧を保持する背圧保持弁６０と、その上流側に回生モータ６８からの戻り油を還元する回生二次ライン７２との組合せという簡素な構成で得ることができる。従って、従来のようにアキュムレータやこれに付随する複雑な切換弁を要することなく良好な回生及びキャビテーション防止の双方が達成される。また、前記背圧保持弁６０は、例えば図１に示されるようなバネ付チェック弁といった簡易な弁によって構成されることが可能である。
【００５３】
本発明において、回生の対象となる油圧アクチュエータは旋回モータに限られない。例えば、図２に示される油圧ショベルのブーム４の倒伏の減速時にブームシリンダ７から排出される戻り油のエネルギーを回生する場合にも本発明を有効に適用することが可能である。
【００５４】
また、本発明が適用される作業機械は油圧ショベルに限られない。減速の対象となる油圧アクチュエータを含む種々の油圧作業機械について本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００５５】
ＣＲ    回生回路
Ｔ      タンク
４０    エンジン
４２    油圧ポンプ
４４    旋回モータ
４４ａ  入口ポート
４４ｂ  出口ポート
５１    コントロールバルブ
５１ａ  中立位置（旋回停止位置）
５１ｂ，５１ｃ  駆動位置
５６Ａ  第１モータライン
５６Ｂ  第２モータライン
５８    背圧保持ライン
６０    背圧保持弁
６２Ａ  第１リリーフ弁
６２Ｂ  第２リリーフ弁
６４Ａ  第１アンチキャビテーション用ライン
６４Ｂ  第２アンチキャビテーション用モータライン
６８    回生モータ
７０    回生一次ライン
７２    回生二次ライン
７４Ａ，７４Ｂ  圧力センサ
７６    回生切換弁
７８    コントローラ
【図１】
2015105686.tif 000003
【図２】
2015105686.tif 000004
【図３】
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