(57)【要約】【課題】戻り油を有効に活用しながら、アキュムレータの小容量化を図ることができる油圧アクチュエータの制御装置及びこれを備えた作業機械を提供すること。【解決手段】油圧シリンダ９から排出される作動油圧が当該油圧シリンダ９に供給される作動油圧を超える外力付加期間中に、油圧シリンダ９から排出される作動油のうち、油圧ポンプ１５に要求された吐出流量を得るために必要な供給量の作動油を油圧モータ２０に供給するとともに、前記供給量以外の余剰の作動油をアキュムレータ３３に供給するように構成されている。【選択図】図２
2008089023.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
油圧アクチュエータの制御装置であって、
外部動力により駆動して作動油を吐出する油圧ポンプと、
この油圧ポンプから作動油が供給されるとともに内部の作動油を排出することにより駆動する油圧アクチュエータと、
この油圧アクチュエータから排出された作動油が供給されることにより蓄圧可能なアキュムレータと、
前記油圧アクチュエータから排出された作動油が供給されることにより前記油圧ポンプを駆動可能な回生手段と、
前記油圧アクチュエータから排出される作動油圧が当該油圧アクチュエータに供給される作動油圧を超える外力付加期間中であって、前記油圧アクチュエータから排出される作動油が前記油圧ポンプに要求された吐出流量を得るために前記回生手段を駆動するのに必要な量を超えている場合に、当該油圧アクチュエータから排出される作動油のうち、前記必要量の作動油を回生手段に供給するとともに、前記必要量以外の余剰の作動油を前記アキュムレータに供給する分配供給手段とを備えていることを特徴とする油圧アクチュエータの制御装置。
【請求項２】
前記分配供給手段は、前記油圧アクチュエータから排出された作動油をタンクに導くことが可能な回収流路と、この回収流路と連通して前記油圧アクチュエータから排出された作動油を前記回生手段に導くことが可能な回生流路と、この回生流路及び前記回収流路と連通して前記油圧アクチュエータから排出された作動油を前記アキュムレータに導くことが可能な蓄圧流路と、前記回収流路に設けられ当該回収流路を開放又は閉鎖可能な開閉弁と、前記回生流路に設けられ当該回生流路内を流れる作動油の流量を調整可能な流量調整部と、前記蓄圧流路に設けられたチェック弁と、前記外力付加期間中であって、前記油圧アクチュエータから排出された作動油が前記油圧ポンプに要求された吐出流量を得るために前記回生手段を駆動するのに必要な量を超えている場合に、前記開閉弁により回収流路を閉鎖するとともに、前記必要量に応じた流量となるように前記流量調整部により前記回生手段に供給する作動油流量を制御する制御手段とを備え、前記チェック弁は、前記開閉弁により回収流路が閉鎖されるとともに前記流量調整部により回生流路内の作動油流量が所定の流量に調整されることにより前記蓄圧流路内の作動油圧が予め設定された圧力を超えたときに、前記蓄圧流路内の作動油をアキュムレータに導くことを特徴とする請求項１に記載の油圧アクチュエータの制御装置。
【請求項３】
前記制御手段は、要求された吐出流量を得るための前記油圧ポンプの駆動力と、前記開閉弁を閉鎖した場合において油圧アクチュエータから排出される作動油の圧力によって前記回生手段を駆動させたときの仮想駆動力とを比較して、この仮想駆動力が前記ポンプの駆動力を超えると判定した場合に前記回生手段及びアキュムレータに作動油が供給されるように作動油流量を制御することを特徴とする請求項２に記載の油圧アクチュエータの制御装置。
【請求項４】
前記蓄圧流路には、前記チェック弁と、当該蓄圧流路を通して前記アキュムレータに蓄圧された作動油を前記油圧アクチュエータに供給可能な開放流路とを切換可能な切換弁が設けられていることを特徴とする請求項２又は３に記載の油圧アクチュエータの制御装置。
【請求項５】
前記回生手段は、前記油圧ポンプと機械的に連結され、作動油の供給を受けて前記油圧ポンプを駆動するモータ機能と、前記外部動力により駆動して前記回生流路内に作動油を吐出するポンプ機能とを有し、このポンプ機能を発揮することにより、前記回生流路を通して前記油圧アクチュエータに作動油を供給することを特徴とする請求項２〜４の何れか１項に記載の油圧アクチュエータの制御装置。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか１項に記載の油圧アクチュエータの制御装置と、前記油圧アクチュエータとしての油圧シリンダの伸縮動作によって駆動する作業アタッチメントとを有する作業機械であって、前記作業アタッチメントの自重が付加されて前記油圧シリンダから排出される作動油圧が当該油圧シリンダに供給される作動油圧を超える外力付加期間中であって、前記油圧シリンダから排出される作動油が前記油圧ポンプに要求された吐出流量を得るために前記回生手段を駆動するのに必要な量を超えている場合に、当該油圧シリンダから排出される作動油のうち、前記必要量の作動油を前記回生手段に供給するとともに、前記必要量以外の余剰の作動油を前記アキュムレータに供給するように構成されていることを特徴とする作業機械。
【請求項７】
請求項１〜５の何れか１項に記載の油圧アクチュエータの制御装置と、前記油圧アクチュエータとしての油圧モータによって旋回駆動する旋回体とを備えた作業機械であって、旋回駆動に基く前記旋回体の慣性力が付加されて前記油圧モータから排出される作動油圧が当該油圧モータに供給される作動油圧を超える外力付加期間中であって、前記油圧モータから排出される作動油が前記油圧ポンプに要求された吐出流量を得るために前記回生手段を駆動するのに必要な量を超えている場合に、当該油圧モータから排出される作動油のうち、前記必要量の作動油を前記回生手段に供給するとともに、前記必要量以外の余剰の作動油を前記アキュムレータに供給するように構成されていることを特徴とする作業機械。
【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が有するエネルギーを回収するためのアキュムレータを有する油圧アクチュエータの制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、油圧ショベル等の作業機械には、油圧シリンダや油圧モータ等の油圧アクチュエータが設けられている。
【０００３】
この種の油圧アクチュエータは、作動油の供給及び排出が行われることにより駆動するように構成されているため、当該油圧アクチュエータを停止させる際には、駆動対象物の自重や、それまでの駆動による慣性力によって油圧アクチュエータが所定の期間、駆動を継続し、当該期間中、油圧アクチュエータからは戻り油が排出されることになる。
【０００４】
従来、このような戻り油は、絞り弁等を介してタンクに回収するようにしていたため、当該戻り油のエネルギーは熱として廃棄されていた。
【０００５】
そこで、特許文献１のように、戻り油が有するエネルギーをアクチュエータに蓄圧して回生する技術が知られている。
【０００６】
特許文献１の圧油エネルギー回収回生装置は、油圧モータに接続された接続回路と、この接続回路から分岐してアキュムレータに接続された分岐接続回路と、これら各回路の何れかに導くように戻り油の流路を切り換える切換弁とを備えている。
【特許文献１】特開２００４−２８２３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記特許文献１の装置では、戻り油によって油圧モータを駆動する状態と、戻り油をアキュムレータに蓄圧する状態とを択一的に切り換える構成とされているので、戻り油の全てを油圧モータ又はアキュムレータの一方に供給する必要があった。
【０００８】
したがって、戻り油の全てを油圧モータに供給する場合には、当該戻り油の余剰の作動油があると、この余剰の作動油を熱として廃棄しなければならず、戻り油を有効に活用することができない。
【０００９】
一方、戻り油の全てをアキュムレータに供給する場合には、蓄圧時にはアキュムレータに多量の作動油が供給されることになるため、当該アキュムレータの大型化を避けることができない。
【００１０】
そのため、特許文献１の装置では、戻り油を有効に活用するためにはアキュムレータの大型化を避けることができず、作業機械のスペースを浪費するおそれがあった。
【００１１】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、戻り油を有効に活用しながら、アキュムレータの小容量化を図ることができる油圧アクチュエータの制御装置及びこれを備えた作業機械を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明は、油圧アクチュエータの制御装置であって、外部動力により駆動して作動油を吐出する油圧ポンプと、この油圧ポンプから作動油が供給されるとともに内部の作動油を排出することにより駆動する油圧アクチュエータと、この油圧アクチュエータから排出された作動油が供給されることにより蓄圧可能なアキュムレータと、前記油圧アクチュエータから排出された作動油が供給されることにより前記油圧ポンプを駆動可能な回生手段と、前記油圧アクチュエータから排出される作動油圧が当該油圧アクチュエータに供給される作動油圧を超える外力付加期間中であって、前記油圧アクチュエータから排出される作動油が前記油圧ポンプに要求された吐出流量を得るために前記回生手段を駆動するのに必要な量を超えている場合に、当該油圧アクチュエータから排出される作動油のうち、前記必要量の作動油を回生手段に供給するとともに、前記必要量以外の余剰の作動油を前記アキュムレータに供給する分配供給手段とを備えていることを特徴とする油圧アクチュエータの制御装置を提供する。
【００１３】
本発明によれば、外力付加期間中であって、油圧アクチュエータから排出される作動油が油圧ポンプに要求された吐出流量を得るために回生手段を駆動するのに必要な量を超えている場合に、油圧アクチュエータから排出される作動油のうち、必要量を回生手段に供給しながら、余剰の作動油だけをアキュムレータに供給して蓄圧することができるので、油圧アクチュエータから排出される作動油の全てを利用する場合に、アキュムレータに蓄圧する作動油の量を低減することができる。
【００１４】
したがって、本発明によれば、戻り油を活用して外部動力の動力を低減しながら、アキュムレータの小容量化を図ることができる。
【００１５】
なお、「外力付加期間」とは、油圧アクチュエータの駆動方向と駆動対象物の自重の生じる方向とが合致している場合や、油圧アクチュエータの駆動方向と駆動対象物の慣性力の生じる方向とが合致している場合のように、油圧アクチュエータに供給される作動油圧を超えた圧力の作動油が油圧アクチュエータから排出されている期間のことである。
【００１６】
具体的に、前記分配供給手段は、前記油圧アクチュエータから排出された作動油をタンクに導くことが可能な回収流路と、この回収流路と連通して前記油圧アクチュエータから排出された作動油を前記回生手段に導くことが可能な回生流路と、この回生流路及び前記回収流路と連通して前記油圧アクチュエータから排出された作動油を前記アキュムレータに導くことが可能な蓄圧流路と、前記回収流路に設けられ当該回収流路を開放又は閉鎖可能な開閉弁と、前記回生流路に設けられ当該回生流路内を流れる作動油の流量を調整可能な流量調整部と、前記蓄圧流路に設けられたチェック弁と、前記外力付加期間中であって、前記油圧アクチュエータから排出された作動油が前記油圧ポンプに要求された吐出流量を得るために前記回生手段を駆動するのに必要な量を超えている場合に、前記開閉弁により回収流路を閉鎖するとともに、前記必要量に応じた流量となるように前記流量調整部により前記回生手段に供給する作動油流量を制御する制御手段とを備え、前記チェック弁は、前記開閉弁により回収流路が閉鎖されるとともに前記流量調整部により回生流路内の作動油流量が所定の流量に調整されることにより前記蓄圧流路内の作動油圧が予め設定された圧力を超えたときに、前記蓄圧流路内の作動油をアキュムレータに導く構成とすることができる。
【００１７】
このようにすれば、流量調整部によって回生手段に供給される作動油流量を調整しながら、開閉弁を閉鎖することにより作動油の行き場を制限することにより、蓄圧流路内の作動油圧を上昇させてチェック弁を開放させることができるので、必要量の作動油を回生手段に供給しながら、余剰の作動油をアキュムレータに蓄圧することができる。
【００１８】
前記制御手段は、要求された吐出流量を得るための前記油圧ポンプの駆動力と、前記開閉弁を閉鎖した場合において油圧アクチュエータから排出される作動油の圧力によって前記回生手段を駆動させたときの仮想駆動力とを比較して、この仮想駆動力が前記ポンプの駆動力を超えると判定した場合に前記回生手段及びアキュムレータに作動油が供給されるように作動油流量を制御することが特に好ましい。
【００１９】
このようにすれば、油圧アクチュエータから排出された作動油によって駆動し得る回生手段の駆動力が油圧ポンプに要求されている駆動力を超えている場合に、作動油を回生手段及びアキュムレータに確実に供給することができる。
【００２０】
前記蓄圧流路には、前記チェック弁と、当該蓄圧流路を通して前記アキュムレータに蓄圧された作動油を前記油圧アクチュエータに供給可能な開放流路とを切換可能な切換弁が設けられていることが好ましい。
【００２１】
このようにすれば、切換弁を切換操作することによりアキュムレータに蓄圧された作動油を利用して油圧アクチュエータを駆動させることができる。
【００２２】
前記回生手段は、少なくとも前記油圧ポンプを駆動させるモータ機能を有していればよいが、さらに前記外部動力により駆動して前記回生流路内に作動油を吐出するポンプ機能を有し、このポンプ機能を発揮することにより、前記回生流路を通して前記油圧アクチュエータに作動油を供給することが特に好ましい。
【００２３】
このようにすれば、モータ機能を利用することにより、上述した油圧アクチュエータから排出される作動油の回生を行うことができるとともに、ポンプ機能を利用することにより、前記油圧ポンプに要求される吐出流量の一部を回生手段によってアシストすることができる。
【００２４】
また、本発明は、前記油圧アクチュエータの制御装置と、前記油圧アクチュエータとしての油圧シリンダの伸縮動作によって駆動する作業アタッチメントとを有する作業機械であって、前記作業アタッチメントの自重が付加されて前記油圧シリンダから排出される作動油圧が当該油圧シリンダに供給される作動油圧を超える外力付加期間中であって、前記油圧シリンダから排出される作動油が前記油圧ポンプに要求された吐出流量を得るために前記回生手段を駆動するのに必要な量を超えている場合に、当該油圧シリンダから排出される作動油のうち、前記必要量の作動油を前記回生手段に供給するとともに、前記必要量以外の余剰の作動油を前記アキュムレータに供給するように構成されていることを特徴とする作業機械を提供する。
【００２５】
本発明によれば、外力付加期間中であって、油圧シリンダから排出される作動油が油圧ポンプに要求された吐出流量を得るために回生手段を駆動するのに必要な量を超えている場合に、油圧シリンダから排出される作動油のうち、必要量を回生手段に供給しながら、余剰の作動油だけをアキュムレータに供給して蓄圧することができるので、油圧シリンダから排出される作動油の全てを利用する場合に、アキュムレータに蓄圧する作動油の量を低減することができる。
【００２６】
具体的に、作業アタッチメントを有する作業機械において、油圧シリンダには常に作業アタッチメントを倒伏させる方向の力（作業アタッチメントの自重）が付加されていることになるため、倒伏動作期間中には、油圧シリンダに供給される作動油圧よりも油圧シリンダから排出される作動油圧が大きくなる（外力付加期間が生じる）ことになるが、本発明では、この期間中に油圧シリンダから排出される作動油を回生手段及びアキュムレータに供給することにより、当該作動油を有効に活用することができる。
【００２７】
したがって、本発明によれば、油圧シリンダからの戻り油を活用して外部動力を低減しながら、アキュムレータの小型化を図ることができる。
【００２８】
さらに、本発明は、前記油圧アクチュエータの制御装置と、前記油圧アクチュエータとしての油圧モータによって旋回駆動する旋回体とを備えた作業機械であって、旋回駆動に基く前記旋回体の慣性力が付加されて前記油圧モータから排出される作動油圧が当該油圧モータに供給される作動油圧を超える外力付加期間中であって、前記油圧モータから排出される作動油が前記油圧ポンプに要求された吐出流量を得るために前記回生手段を駆動するのに必要な量を超えている場合に、当該油圧モータから排出される作動油のうち、前記必要量の作動油を前記回生手段に供給するとともに、前記必要量以外の余剰の作動油を前記アキュムレータに供給するように構成されていることを特徴とする作業機械を提供する。
【００２９】
本発明によれば、外力付加期間中であって、油圧モータから排出される作動油が油圧ポンプに要求された吐出流量を得るために回生手段を駆動するのに必要な量を超えている場合に、油圧モータから排出される作動油のうち、必要量を回生手段に供給しながら、余剰の作動油だけをアキュムレータに供給して蓄圧することができるので、油圧モータから排出される作動油の全てを利用する場合に、アキュムレータに蓄圧する作動油の量を低減することができる。
【００３０】
具体的に、旋回体を有する作業機械において、油圧モータには常に旋回駆動方向の旋回体の慣性力が付加されることになるため、旋回動作期間中には、油圧モータに供給される作動油圧よりも油圧モータから排出される作動油圧が大きくなる（外力付加期間が生じる）ことになるが、本発明では、この期間中に油圧モータから排出される作動油を回生手段及びアキュムレータに供給することにより、当該作動油を有効に活用することができる。
【００３１】
したがって、本発明によれば、油圧モータからの戻り油を活用して外部動力を低減しながら、アキュムレータの小型化を図ることができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、戻り油を有効に活用しながら、アキュムレータの小容量化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。
【００３４】
図１は、本発明の実施形態に係る油圧ショベルを示す側面図である。
【００３５】
図１を参照して、作業機械の一例としていの油圧ショベル１は、クローラ２ａを有する下部走行体２と、この下部走行体２上に旋回可能に搭載された上部旋回体３と、この上部旋回体３に起伏可能に支持された作業アタッチメント４と、この作業アタッチメント４の駆動を制御する制御装置（図２参照）５とを備えている。
【００３６】
作業アタッチメント４は、ブーム６と、このブーム６の先端部に連結されるアーム７とから構成されており、そのアーム７の先端部にバケット８が揺動可能に取り付けられている。
【００３７】
ブーム６は、ブームシリンダ９の伸縮動作によって起伏し、アーム７は、アームシリンダ１０の伸縮動作によって揺動し、バケット８は、バケット用シリンダ１１の伸縮動作によってアーム７に対して揺動する。すなわち、本実施形態では、各シリンダ９〜１１が油圧アクチュエータの一例を構成している。
【００３８】
図２は、図１の油圧ショベルに設けられた制御装置の電気的及び油圧的構成を示す回路図である。図３は、図２の制御装置の油圧回路を主に示す図である。
【００３９】
図２及び図３を参照して、制御装置５は、前記シリンダ９〜１１を含む油圧回路１２と、この油圧回路１２における作動油の流通を電気的に制御するコントローラ（制御手段）１４とを備えている。なお、図２及び図３では、バケット用シリンダ１１を省略している。
【００４０】
油圧回路１２は、メインポンプ１５から吐出された作動油を一対の切換弁１６及び切換弁１７を通してそれぞれ前記ブームシリンダ９及びアームシリンダ１０に供給する一方、これらシリンダ９、１０からそれぞれ排出された戻り油を前記切換弁１６、１７を通してタンク１８に回収するようになっている。
【００４１】
前記メインポンプ１５は、エンジン（外部動力）１９の出力軸に機械的に連結され、当該エンジン１９の駆動に応じて作動油を吐出するようになっている。
【００４２】
また、メインポンプ１５は、油圧モータ２０の出力軸に対しても機械的に連結され、当該油圧モータ２０の駆動に応じて作動油を吐出することが可能とされている。反対に、前記油圧モータ２０は、メインポンプ１５の駆動に応じて作動油を吐出することが可能とされている。
【００４３】
そして、前記メインポンプ１５から吐出された作動油は、分岐流路２１及び分岐流路２２を通ってそれぞれ切換弁１６、１７に導かれる。
【００４４】
切換弁１６、１７は、３位置切換弁からなり、操作レバー２３及び操作レバー２４の操作に応じて切り換え操作される。各操作レバー２３、２４は、操作量に応じたパイロット圧をパイロット回路２５及びパイロット回路２６を介して各切換弁１６、１７のパイロットポートにそれぞれ供給するリモコン弁２３ａ及びリモコン弁２４ａを有している。
【００４５】
これら操作レバー２３、２４が操作されていない状態において、切換弁１６、１７はそれぞれ中立位置（図２の切換位置）に保持され、この中立位置では、前記分岐流路２１、２２が閉鎖される。
【００４６】
前記操作レバー２３、２４が図示右側に操作されて切換弁１６、１７が図示左側の切換位置に操作されると、前記分岐流路２１、２２が油圧シリンダ９、１０のヘッド側のポートに接続されたヘッド側流路２７及びヘッド側流路２８にそれぞれ接続される。
【００４７】
このとき、油圧シリンダ９、１０のロッド側のポートに接続されたロッド側流路２９及びロッド側流路３０は、前記タンク１８に接続された回収流路３１及び回収流路３２にそれぞれ接続される。
【００４８】
一方、前記操作レバー２３、２４が図示左側に操作されて切換弁１６、１７が図示右側の切換位置に操作されると、前記分岐流路２１、２２がロッド側流路２９、３０にそれぞれ接続されるとともに、ヘッド側流路２７、２８が回収流路３１、３２にそれぞれ接続される。
【００４９】
そして、本実施形態における油圧回路１２は、アキュムレータ３３と、前記ヘッド側流路２７から分岐してアキュムレータ３３に接続された蓄圧流路３４と、この蓄圧流路３４に設けられた２位置切換弁（切換弁）３５と、前記回収流路３１に設けられ当該回収流路３１内を流れる作動油の流量を調整可能な第１絞り弁（開閉弁）３６と、前記ヘッド側流路２７から分岐して前記油圧モータ２０に接続された回生流路３７と、この回生流路３７に設けられ当該回生流路３７内を流れる作動油の流量を調整可能な第２絞り弁（流量調整部）３８とをさらに備えている。
【００５０】
なお、前記回収流路３１、回生流路３７、蓄圧流路３４、２位置切換弁３５、第１絞り弁３６、第２絞り弁３８及び後述するコントローラ１４が、本実施形態における分配供給手段の一例を構成する。
【００５１】
２位置切換弁３５は、後述するコントローラ１４からの電気的な信号を受けていない状態において、図２、３に示す切換位置に保持される。この切換位置において、２位置切換弁３５は、蓄圧流路３４内の作動油の圧力が予め設定された圧力を超えたときにアキュムレータ３３側への作動油の流通を許容するチェック弁として機能する。したがって、この切換位置においては、アキュムレータ３３に蓄圧することが可能となる。
【００５２】
一方、コントローラ１４からの信号を受けると、２位置切換弁３５は、図４に示す切換位置に切換操作される。この切換位置に操作されると、アキュムレータ３３は、蓄圧されたエネルギーを前記ヘッド側流路２７側へ供給することが可能となる。
【００５３】
第１絞り弁３６は、後述するコントローラ１４からの電気信号を受けていない状態で開放状態とされる絞り弁であり、コントローラ１４からの電気信号の強度に応じて開度を絞り調整することにより、回収流路３１を流れる作動油流量を調整することが可能とされている。
【００５４】
第２絞り弁３８は、後述するコントローラ１４からの電気信号を受けていない状態で閉鎖状態とされる絞り弁であり、コントローラ１４からの電気信号の強度に応じて開度を絞り調整することにより、回生流路３７を流れる作動油流量を調整することが可能とされている。
【００５５】
コントローラ１４は、前記２位置切換弁３５、第１絞り弁３６及び第２絞り弁３８に対する電気的な信号の出力を行うだけでなく、各種センサからの入力を受けて油圧回路１２の情報を取得するようになっている。
【００５６】
具体的に、コントローラ１４は、前記パイロット回路２５に設けられた圧力センサ３９及び圧力センサ４０からの出力信号を受けて、前記切換弁１６のパイロットポートのそれぞれに付与されるパイロット圧Ｐ１及びパイロット圧Ｐ２（図３参照）を検出するようになっている。
【００５７】
また、コントローラ１４は、圧力センサ４１からの出力信号を受けて、前記メインポンプ１５からの作動油の吐出圧Ｐ３（図３参照）を検出するようになっている。
【００５８】
さらに、コントローラ１４は、前記ヘッド側流路２７に設けられた圧力センサ４２からの出力信号を受けて、当該ヘッド側流路２７を流れる作動油の圧力Ｐ４（図３参照）を検出するようになっている。
【００５９】
また、コントローラ１４は、前記エンジン１９に設けられた回転数センサ４３からの出力信号を受けて、エンジン回転数ω（図３参照）を検出するようになっている。
【００６０】
そして、コントローラ１４は、このような油圧回路１２からの情報に基いて、油圧シリンダ９からの戻り油を前記油圧モータ２０及びアキュムレータ３３に供給して、当該戻り油を有効に活用にするように、以下のような処理を実行する。
【００６１】
図５は、図２のコントローラが実行する処理を示すフローチャートである。
【００６２】
図２〜４及び図５を参照して、コントローラ１４の処理が実行されると、まず、前記圧力センサ３９、４０によりパイロット圧Ｐ１、Ｐ２を検出する（ステップＳ１）。
【００６３】
次いで、これらパイロット圧Ｐ１、Ｐ２のうち、パイロット圧Ｐ１が上昇しているか否かを判定する（ステップＳ２）。すなわち、このステップＳ２では、パイロット圧Ｐ１が上昇して、切換弁１６が図３に示す右側の切換位置に操作されているか否かを判定する。
【００６４】
ここで、パイロット圧Ｐ１が上昇していないと判定されると（ステップＳ２でＮＯ）、前記ステップＳ１を実行する一方、パイロット圧Ｐ１が上昇していると判定されると（ステップＳ２でＹＥＳ）、第１絞り弁３６を閉鎖する（ステップＳ３）。
【００６５】
すなわち、切換弁１６が右側の切換位置に操作されると、図３に示すように、ヘッド側流路２７が回収流路３１に接続されるとともに、ロッド側流路２９が分岐流路２１に接続されて、油圧シリンダ９が縮小動作している、つまり、ブーム６（図１参照）が倒伏動作していることになる。
【００６６】
この倒伏動作中においては、ブーム６の自重の生じる方向が油圧シリンダ９のロッド縮小方向に付加されることになるため、油圧シリンダ９に供給される作動油圧よりも当該油圧シリンダ９から排出される作動油圧の方が大きくなることになる（外力付加期間が生じる）。
【００６７】
そして、この外力付加期間中における油圧シリンダ９からの戻り油を有効に活用すべく、前記ステップＳ３において第１絞り弁３６を閉鎖することにより、戻り油がタンク１８に導かれるのを阻止する。
【００６８】
次いで、下記式（１）によって、現在要求されている吐出流量でメインポンプ１５を駆動するための必要動力Ｗ１を算出する（ステップＳ４）。
【００６９】
Ｗ１＝Ｐ３×Ｑ１×ω・・・（１）
ここで、Ｑ１は、メインポンプ１５のモータ容量であり、予めコントローラ１４に記憶されているものである。また、Ｐ３はメインポンプ１５の圧力、ωはエンジン１９の回転数である。
【００７０】
続いて、下記式（２）によって、油圧シリンダ９からの戻り油によって油圧モータ２０を駆動した場合における、当該油圧モータ２０の仮想回生動力Ｗ２を算出する（ステップＳ５）。
【００７１】
Ｗ２＝Ｐ４×Ｑ２×ω・・・（２）
ここで、Ｑ２は、油圧モータ２０のモータ容量であり、予めコントローラ１４に記憶されているものである。また、Ｐ４はヘッド側流路２７内の作動油圧、ωはエンジン１９の回転数である。
【００７２】
次いで、このように算出された仮想回生動力Ｗ２が、前記動力Ｗ１よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ６）。
【００７３】
つまり、このステップＳ６では、油圧シリンダ９からの戻り油に、要求された吐出流量でメインポンプ１５を駆動するための動力Ｗ１を生じさせるために必要な量を超える余剰の作動油が含まれているか否かを判定する。
【００７４】
この戻り油に余剰の作動油が含まれていると判定した場合（ステップＳ６でＹＥＳ）、下記式（３）によって第２絞り弁３８の開度を算出する（ステップＳ７）。
【００７５】
Ｑ３＝Ｗ１／（Ｐ４×ω）・・・（３）
つまり、この式（３）によって、要求された吐出流量でメインポンプ１５を駆動するために油圧モータ２０に供給することが必要な流量Ｑ３を算出し、ステップＳ７では、この流量Ｑ３に応じた第２絞り弁３８の開度を特定する。
【００７６】
次いで、ステップＳ７で特定された開度で第２絞り弁３８を開放するとともに、エンジン１９の駆動を停止する（ステップＳ８）。これにより、油圧シリンダ９からの戻り油のみでメインポンプ１５を駆動することができるので、エンジン１９の駆動を停止することによる省エネを図ることができる。
【００７７】
さらに、前記第２絞り弁３８の開度を絞ることにより、回生流路３７及びこれと連通する蓄圧流路３４内の圧力が増大することになり、この圧力が予め設定された圧力以上となると、前記２位置切換弁３５のチェック弁が開放して、アキュムレータ３３への蓄圧が行われる。したがって、油圧モータ２０を駆動するに当たっての余剰の作動油をアキュムレータ３３の蓄圧に充てることができる。
【００７８】
次いで、前記メインポンプ１５の吐出圧Ｐ３が減少しているか否かを判定する（ステップＳ９）。すなわち、ステップＳ９では、メインポンプ１５の圧力が減少しているか否かを判定し、減少していないと判定されると（ステップＳ９でＮＯ）、前記ステップＳ４を繰り返し実行する。
【００７９】
一方、メインポンプ１５の圧力が減少していると判定された場合（ステップＳ９でＹＥＳ）、及び前記ステップＳ６で仮想回生動力Ｗ２が必要動力Ｗ１よりも大きくないと判定された場合（ステップＳ６でＮＯ）には、第１絞り弁３６を開放状態に復帰させるとともに、第２絞り弁３８を閉鎖状態に復帰させ、かつ、エンジン１９を再始動させて（ステップＳ１０）、前記ステップＳ１にリターンする。
【００８０】
そして、前記のようにアキュムレータ３３に蓄えられたエネルギーは、図４に示すように、切換弁１７が左側の切換位置に操作されて油圧シリンダ９のロッド伸張時に利用することができる。
【００８１】
すなわち、メインポンプ１５からヘッド側流路２７に作動油が供給されている状態において、２位置切換弁３５を操作することにより、アキュムレータ３３に蓄えられた作動油を油圧シリンダ９のロッド側室内に供給することができる。
【００８２】
したがって、メインポンプ１５からの作動油に加えてアキュムレータ３３からの作動油を油圧シリンダ９に供給することができるので、ブーム６を迅速に起立させることができる。
【００８３】
また、切換弁１７が左側の切換位置に操作された状態において、油圧モータ２０を油圧ポンプとして利用することも可能である。
【００８４】
すなわち、図４に示す状態において、エンジン１９の動力を油圧モータ２０に対しても供給すれば、当該油圧モータ２０から吐出された作動油は、回生流路３７を通って油圧シリンダ９のロッド側室内に供給されることになる。なお、このときには、第２絞り弁３８を開放しておくことが必要となる。
【００８５】
以上説明したように、前記制御装置５によれば、外力付加期間中であって、油圧シリンダ９から排出される作動油がメインポンプ１５に要求された吐出流量を得るために油圧モータ２０を駆動するのに必要な量を超えている場合に、油圧シリンダ９から排出される作動油のうち、メインポンプ１５の吐出量の確保に必要な量を油圧モータ２０に供給しながら、余剰の作動油だけをアキュムレータ３３に供給して蓄圧することができるので、油圧シリンダ９から排出される作動油の全てを利用する場合に、アキュムレータ３３に蓄圧する作動油の量を低減することができる。
【００８６】
したがって、前記制御装置５によれば、戻り油を活用してエンジン１９の動力を低減しながら、アキュムレータ３３の小容量化を図ることができる。
【００８７】
具体的に、前記制御装置５では、第２絞り弁３８によって油圧モータ２０に供給される作動油流量を調整しながら、第１絞り弁３６を閉鎖することにより作動油の行き場を制限することにより、蓄圧流路３４内の作動油圧を上昇させて２位置切換弁３５のチェック弁を開放させることができるので、必要な流量の作動油を油圧モータ２０に供給しながら、余剰の作動油をアキュムレータ３３に蓄圧することができる。
【００８８】
そして、ステップＳ６のように、コントローラ１４が、要求された吐出流量を得るためのメインポンプ１５の必要動力Ｗ１と、外力付加期間中に第１絞り弁３６を閉鎖した場合において油圧シリンダ９から排出される作動油の圧力によって油圧モータ２０を駆動したときの仮想回生動力Ｗ２とを比較して、ステップＳ７のように、この仮想回生動力Ｗ２が前記必要動力Ｗ１を超えたと判定した場合に油圧モータ２０及びアキュムレータ３３に作動油が供給されるように作動油流量を制御するようにすれば、余剰の戻り油が存在するときに、この作動油を油圧モータ２０及びアキュムレータ３３に確実に供給することができる。
【００８９】
また、前記制御装置５のように２位置切換弁３５を設けた構成とすれば、切換弁１６を切換操作することにより、アキュムレータ３３に蓄圧された作動油を利用して油圧シリンダ９を駆動させることができる。
【００９０】
前記制御装置５のように、作動油の供給を受けてメインポンプ１５を駆動するモータ機能と、エンジン１９の駆動に応じて回生流路３７内に作動油を吐出するポンプ機能とを有する油圧モータ２０を採用した構成とすれば、モータ機能を利用することにより油圧シリンダ９から排出される作動油の回生を行うことができるとともに、ポンプ機能を利用することによりメインポンプ１５に要求される吐出流量の一部を油圧モータ２０によってアシストすることができる。
【００９１】
そして、前記制御装置５を、作業アタッチメント４を駆動する油圧シリンダ９の駆動を制御するために採用した油圧ショベル１によれば、外力付加期間中であって、油圧シリンダ９から排出される作動油が油圧ポンプ１５に要求された吐出流量を得るために油圧モータ２０を駆動するのに必要な量を超えている場合に、油圧シリンダ９から排出される作動油のうち、メインポンプ１５の吐出量の確保に必要な量を油圧モータ２０に供給しながら、余剰の作動油だけをアキュムレータ３３に供給して蓄圧することができるので、油圧シリンダ９から排出される作動油の全てを利用する場合に、アキュムレータ３３に蓄圧する作動油の量を低減することができる。
【００９２】
具体的に、作業アタッチメント４を有する油圧ショベル１において、油圧シリンダ９には常に作業アタッチメント４を倒伏させる方向の力（作業アタッチメント４の自重）が付加されていることになるため、倒伏動作期間中には、油圧シリンダ９に供給される作動油圧よりも油圧シリンダ９から排出される作動油圧が大きくなる（外力付加期間が生じる）ことになるが、前記油圧ショベル１では、この期間中に油圧シリンダ９から排出される作動油を油圧モータ２０及びアキュムレータ３３に供給することにより、当該作動油を有効に活用することができる。
【００９３】
したがって、前記油圧ショベル１によれば、油圧シリンダ９からの戻り油を活用してエンジン１９の動力を低減しながら、アキュムレータ３３の小型化を図ることができる。
【００９４】
なお、前記実施形態では、作業アタッチメント４駆動用の油圧シリンダ９〜１１の駆動を制御する制御装置５について説明したが、図６、７に示すように、上部旋回体３（図１参照）の駆動用の旋回モータ４４の駆動を制御する制御装置４５についても、上述したように、戻り油を有効に活用することができる。
【００９５】
図６は、本発明の別の実施形態に係る制御装置を示す回路図である。図７は、図６の油圧回路を主に示す回路図である。なお、上述した実施形態と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
【００９６】
図６、７を参照して、制御装置４５は、旋回モータ４４を含む油圧回路４６と、この油圧回路４６における作動油の流通を電気的に制御するコントローラ（制御手段）４７とを備えている。
【００９７】
油圧回路４６は、メインポンプ１５から吐出された作動油を切換弁１６を通して旋回モータ４４に供給する一方、この旋回モータ４４から排出された戻り油を切換弁１６を通してタンク１８に回収するようになっている。
【００９８】
具体的に、旋回モータ４４の一方のポートには第１流路４８が接続されている一方、旋回モータ４４の他方のポートには第２流路４９が接続され、これら流路４８、４９が前記切換弁１６の切換操作に応じて前記分岐流路２１又は回収流路３１にそれぞれ接続されるようになっている。
【００９９】
第１流路４８には、その途中部から分岐して前記油圧モータ２０に接続された第１回生流路５０が設けられ、この第１回生流路５０には、前記第２絞り弁３８が設けられている。
【０１００】
さらに、第１回生流路５０には、前記第２絞り弁３８よりも第１回生流路５０側の位置に２位置切換弁５１が設けられている。この２位置切換弁５１は、後述するコントローラ４７からの電気的な信号を受けていない状態において前記第１回生流路５０を閉鎖する切換位置と、コントローラ４７からの信号を受けて第１回生流路５０を開放する切換位置との間で切換可能とされている。
【０１０１】
一方、前記第２流路４９には、その途中部から分岐して前記第１回生流路５０に接続された第２回生流路５２が設けられている。この第２回生流路５２は、前記第２絞り弁３８と２位置切換弁５１との間の位置で第１回生流路５０に接続されている。
【０１０２】
この第２回生流路５２には、２位置切換弁５３が設けられている。この２位置切換弁５３は、後述するコントローラ４７からの電気的な信号を受けていない状態において第２回生流路５２を閉鎖する切換位置と、コントローラ４７からの信号を受けて第２回生流路５２を開放する切換位置との間で切換可能とされている。
【０１０３】
さらに、第２回生流路５２には、その途中部から分岐して前記アキュムレータ３３に接続された蓄圧流路５４が設けられている。この蓄圧流路５４は、前記２位置切換弁５３より第１回生流路５０側の位置で第２回生流路５２から分岐している。
【０１０４】
また、第２回生流路５２には、前記実施形態と同様の２位置切換弁３５が設けられている。
【０１０５】
なお、前記回収流路３１、各回生流路５０、５２、蓄圧流路５４、前記各絞り弁３６、３８、前記２位置切換弁３５、各２位置切換弁５１、５３及び後述するコントローラ４７が、本発明の分配供給手段の一例を構成する。
【０１０６】
コントローラ４７は、前記実施形態のように圧力センサ３９〜４１により圧力Ｐ１〜Ｐ３を検出するともに、第１流路４８に設けられた圧力センサ５５によって、当該第１流路４８内の作動油の圧力Ｐ５を検出するようになっている。
【０１０７】
そして、コントローラ４７は、このような油圧回路４６の情報に基いて、旋回モータ４４からの戻り油を前記油圧モータ２０及びアキュムレータ３３に供給して、当該戻り油を有効に活用するように、以下のような処理を実行する。
【０１０８】
図８は、図６に示すコントローラにより実行される処理の前半部分を示すフローチャートである。図９は、図６に示すコントローラにより実行される処理の後半部分を示すフローチャートである。
【０１０９】
図６〜図８を参照して、コントローラ４７の処理が実行されると、まず、圧力センサ３９、４０によりパイロット圧Ｐ１、Ｐ２を検出する（ステップＴ１）。
【０１１０】
次いで、これらパイロット圧Ｐ１、Ｐ２のうちの何れが高圧であるかを特定することにより、切換弁１６の操作位置、すなわち、旋回モータ４４の回転方向を特定して、第１流路４８、第２流路４９のうち旋回モータ４４から排出される作動油が流通する流路を特定する（ステップＴ２）。
【０１１１】
ここで、戻り側の流路を特定するのは、旋回モータ４４が回転駆動している状態においては、旋回駆動している上部旋回体３（図１参照）の自重に応じた慣性力が旋回方向に生じることにより、旋回モータ４４に供給される作動油圧よりも当該旋回モータ４４から排出される作動油圧の方が大きくなる（外力付加期間が生じる）ため、このような外力付加期間中の戻り油を有効に活用するためである。
【０１１２】
なお、以下の説明では、図７に示すように、切換弁１６が右側の切換位置に操作され、これにより第１流路４８が戻り側の流路であると特定された場合を例示する。
【０１１３】
戻り側の流路として第１流路４８が特定されると（ステップＴ２）、第１回生流路５０に設けられた２位置切換弁５１を開放するとともに（ステップＴ３）、第１絞り弁３６を閉鎖する（ステップＴ４）。
【０１１４】
次いで、前記式（１）によって、前記必要動力Ｗ１を算出するとともに（ステップＴ５）、前記式（２）によって前記仮想回生動力Ｗ２を算出する（ステップＴ６）。
【０１１５】
図９を参照して、次に、仮想回生動力Ｗ２が必要動力Ｗ１を超えているか否かを判定し（ステップＴ７）、超えていると判定されると（ステップＴ７でＹＥＳ）、前記（３）式によって第２絞り弁３８の開度を算出する（ステップＴ８）。
【０１１６】
次いで、ステップＴ８で特定された開度で第２絞り弁３８を開放するとともに、エンジン１９の駆動を停止する（ステップＴ９）。これにより、旋回モータ４４からの戻り油のみでメインポンプ１５を駆動することができるので、エンジン１９の駆動を停止することによる省エネを図ることができる。
【０１１７】
さらに、前記第２絞り弁３８の開度を絞ることにより、第１回生流路５０及び第２回生流路５２内の圧力が増大することになる。この圧力が予め設定された圧力以上となると、前記２位置切換弁３５のチェック弁が開放して、アキュムレータ３３への蓄圧が行われる。したがって、旋回モータ４４を駆動するに当たっての余剰の作動油をアキュムレータ３３の蓄圧に充てることができる。
【０１１８】
次いで、前記メインポンプ１５の吐出圧Ｐ３が減少しているか否かを判定する（ステップＴ１０）。すなわち、ステップＴ１０では、メインポンプ１５の圧力が減少しているか否かを判定し、減少していないと判定されると（ステップＴ１０でＮＯ）、前記ステップＴ５にリターンする。
【０１１９】
一方、メインポンプ１５の圧力が減少していると判定された場合（ステップＴ１０でＹＥＳ）、及び前記ステップＴ７で仮想回生動力Ｗ２が必要動力Ｗ１よりも大きくないと判定された場合（ステップＴ７でＮＯ）には、２位置切換弁５１を閉鎖する（ステップＴ１１）。
【０１２０】
次いで、第１絞り弁３６を開放状態に復帰させるとともに、第２絞り弁３８を閉鎖状態に復帰させ、かつ、エンジン１９を再始動させて（ステップＴ１２）、前記ステップＴ１にリターンする。
【０１２１】
そして、前記のようにアキュムレータ３３に蓄えられたエネルギーは、図７に示すように切換弁１６が右側の切換位置に操作された状態において、２位置切換弁３５を開放操作するとともに２位置切換弁５３を開放操作することにより、第２流路４９に供給される。
【０１２２】
一方、切換弁１６が左側の切換位置に操作された状態においては、２位置切換弁３５を開放操作するとともに２位置切換弁５１を開放操作することにより、アキュムレータ３３に蓄えられたエネルギーを第１流路４８に供給することができる。
【０１２３】
以上説明したように、前記制御装置４５によれば、外力付加期間中であって、旋回モータ４４から排出される作動油がメインポンプ１５に要求された吐出流量を得るために回生手段を駆動するのに必要な量を超えている場合に、旋回モータ４４から排出される作動油のうち、メインポンプ１５の吐出量の確保に必要な量を油圧モータ２０に供給しながら、余剰の作動油だけをアキュムレータ３３に供給して蓄圧することができるので、旋回モータ４４から排出される作動油の全てを利用する場合に、アキュムレータ３３に蓄圧する作動油の量を低減することができる。
【０１２４】
具体的に、上部旋回体３を有する油圧ショベル１において、旋回モータ４４には常に旋回駆動方向の上部旋回体３の慣性力が付加されていることになるため、旋回動作期間中には、旋回モータ４４に供給される作動油圧よりも旋回モータ４４から排出される作動油圧が大きくなる（外力付加期間が生じる）ことになるが、前記実施形態では、この期間中に旋回モータ４４から排出される作動油を油圧モータ２０及びアキュムレータ３３に供給することにより、当該作動油を有効に活用することができる。
【０１２５】
したがって、前記実施形態によれば、旋回モータ４４からの戻り油を活用してエンジン１９の動力を低減しながら、アキュムレータ３３の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１２６】
【図１】本発明の実施形態に係る油圧ショベルを示す側面図である。
【図２】図１の油圧ショベルに設けられた制御装置の電気的及び油圧的構成を示す回路図である。
【図３】図２の制御装置の油圧回路を主に示す図である。
【図４】図２の制御装置の油圧回路を主に示す図である。
【図５】図２のコントローラが実行する処理を示すフローチャートである。
【図６】本発明の別の実施形態に係る制御装置を示す回路図である。
【図７】図６の油圧回路を主に示す回路図である。
【図８】図６に示すコントローラにより実行される処理の前半部分を示すフローチャートである。
【図９】図６に示すコントローラにより実行される処理の後半部分を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１２７】
Ｗ１  必要動力
Ｗ２  仮想回生動力
１    油圧ショベル（作業機械）
３    上部旋回体（旋回体）
４    作業アタッチメント
５    制御装置
９    ブームシリンダ（油圧シリンダ）
１０    アームシリンダ
１１    バケット用シリンダ
１２    油圧回路
１４    コントローラ（制御手段）
１５    メインポンプ（油圧ポンプ）
１９    エンジン（外部動力）
２０    油圧モータ（回生手段）
３１    回収流路
３３    アキュムレータ
３４    蓄圧流路
３５    ２位置切換弁
３６    第１絞り弁（開閉弁）
３７    回生流路
３８    第２絞り弁（流量調整部）
４４    旋回モータ（油圧モータ）
４５    制御装置
４７    コントローラ（制御手段）
５０    第１回生流路
５２    第２回生流路
５４    蓄圧流路
【図１】
2008089023.tif 000003
【図２】
2008089023.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2008089023.tif 000008
【図７】
2008089023.tif 000009
【図８】
2008089023.tif 000010
【図９】
2008089023.tif 000011