(57)【要約】【課題】位置エネルギを効率的に回収できる流体圧シリンダ制御回路を提供する。【解決手段】シリンダCyのヘッド側は、アキュムレータ制御弁１を介してアキュムレータAccに接続し、再生制御弁２を介してロッド側に接続する。容量可変型のポンプPpの吐出側通路はポンプ流量制御弁３に接続し、閉止制御弁４を介してシリンダCyに接続する。制御装置５は、再生制御弁２を開くことにより荷重を受けたシリンダCyを縮小方向に加速し、所定のシリンダ速度にてアキュムレータ制御弁１を開くことによりアキュムレータAccにヘッド側からの流量を供給して蓄圧させる機能を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
容量可変型のポンプから荷重体上下動用の片ロッド型の流体圧シリンダに供給されるポンプ流量を制御するポンプ流量制御弁と、
流体圧シリンダのロッドのないヘッド側に連通可能な蓄圧用のアキュムレータと、
流体圧シリンダのヘッド側とアキュムレータとの間の通路中に設けられて少なくとも流体圧シリンダのヘッド側からアキュムレータへの流体の流れを制御するアキュムレータ制御弁と、
流体圧シリンダのヘッド側からロッド側への作動流体の再生流量を制御する再生制御弁と、
再生制御弁を開くことにより荷重を受けた流体圧シリンダを縮小方向に加速し、所定のシリンダ速度にてアキュムレータ制御弁を開くことによりアキュムレータにヘッド側からの流量を供給して蓄圧させる機能を備えた制御装置と
を具備したことを特徴とする流体圧シリンダ制御回路。
【請求項２】
制御装置は、
最初は再生制御弁を開いて流体圧シリンダのヘッド側から流出した流体をロッド側に再生する加速優先モードで制御し、シリンダ速度が目標速度に到達したら再生制御弁を絞って流体圧シリンダのヘッド側の圧力を増加させる昇圧優先モードに切換える機能を備えた
ことを特徴とする請求項１記載の流体圧シリンダ制御回路。
【請求項３】
制御装置は、
流体圧シリンダのヘッド側の圧力がアキュムレータに蓄圧された圧力以上になると、流体圧シリンダの速度指令値、アキュムレータ制御弁の前後差圧、再生制御弁の開度および再生制御弁の前後差圧に応じて、アキュムレータ制御弁の開度を制御する制御機能を備えた
ことを特徴とする請求項１または２記載の流体圧シリンダ制御回路。
【請求項４】
制御装置は、
アキュムレータ圧の増加に応じて流体圧シリンダのヘッド側の圧力が増加してくると再生制御弁を開く機能を備えた
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の流体圧シリンダ制御回路。
【請求項５】
ポンプ流量制御弁の出口側に設けられた閉止制御弁
を具備したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の流体圧シリンダ制御回路。
【請求項６】
荷重体は、油圧ショベルの作業装置であり、
片ロッド型の流体圧シリンダは、作業装置を上下方向に回動する油圧シリンダである
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか記載の流体圧シリンダ制御回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置エネルギ回収用のアキュムレータを備えた流体圧シリンダ制御回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
ブームシリンダにより作業機を上下動する油圧式掘削機において、ブームシリンダのヘッド側を蓄圧器操作弁を介して蓄圧器（アキュムレータ）に接続するとともに、可変リリーフ弁を介してタンクに接続し、作業機の位置に応じて、蓄圧器操作弁および可変リリーフ弁を制御して、作業機の重量とバランスする油圧を蓄圧器内に発生させる油圧式掘削機の位置エネルギ回収活用装置がある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平０１−１９９００１号公報（第２−３頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この従来のものは、ブームシリンダのヘッド側から流出した戻り油の一部を蓄圧器操作弁を経て蓄圧器に蓄えるが、可変リリーフ弁を経てタンクに排出される油量も多く、位置エネルギの回収効率が良くない。
【０００４】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、位置エネルギを効率的に回収できる流体圧シリンダ制御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】
【０００５】
請求項１に記載された発明は、容量可変型のポンプから荷重体上下動用の片ロッド型の流体圧シリンダに供給されるポンプ流量を制御するポンプ流量制御弁と、流体圧シリンダのロッドのないヘッド側に連通可能な蓄圧用のアキュムレータと、流体圧シリンダのヘッド側とアキュムレータとの間の通路中に設けられて少なくとも流体圧シリンダのヘッド側からアキュムレータへの流体の流れを制御するアキュムレータ制御弁と、流体圧シリンダのヘッド側からロッド側への作動流体の再生流量を制御する再生制御弁と、再生制御弁を開くことにより荷重を受けた流体圧シリンダを縮小方向に加速し、所定のシリンダ速度にてアキュムレータ制御弁を開くことによりアキュムレータにヘッド側からの流量を供給して蓄圧させる機能を備えた制御装置とを具備した流体圧シリンダ制御回路である。
【０００６】
請求項２に記載された発明は、請求項１記載の流体圧シリンダ制御回路における制御装置が、最初は再生制御弁を開いて流体圧シリンダのヘッド側から流出した流体をロッド側に再生する加速優先モードで制御し、シリンダ速度が目標速度に到達したら再生制御弁を絞って流体圧シリンダのヘッド側の圧力を増加させる昇圧優先モードに切換える機能を備えたものである。
【０００７】
請求項３に記載された発明は、請求項１または２記載の流体圧シリンダ制御回路における制御装置が、流体圧シリンダのヘッド側の圧力がアキュムレータに蓄圧された圧力以上になると、流体圧シリンダの速度指令値、アキュムレータ制御弁の前後差圧、再生制御弁の開度および再生制御弁の前後差圧に応じて、アキュムレータ制御弁の開度を制御する制御機能を備えたものである。
【０００８】
請求項４に記載された発明は、請求項１乃至３のいずれか記載の流体圧シリンダ制御回路における制御装置が、アキュムレータ圧の増加に応じて流体圧シリンダのヘッド側の圧力が増加してくると再生制御弁を開く機能を備えたものである。
【０００９】
請求項５に記載された発明は、請求項１乃至４のいずれか記載の流体圧シリンダ制御回路において、ポンプ流量制御弁の出口側に設けられた閉止制御弁を具備したものである。
【００１０】
請求項６に記載された発明は、請求項１乃至５のいずれか記載の流体圧シリンダ制御回路における荷重体を、油圧ショベルの作業装置とし、片ロッド型の流体圧シリンダを、作業装置を上下方向に回動する油圧シリンダとしたものである。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に記載された発明によれば、制御装置は、荷重体の荷重を受けて片ロッド型の流体圧シリンダが縮小するときに、再生制御弁を制御して流体圧シリンダのヘッド側から流出した流体をロッド側へ再生させる再生流量を制御することで、流体圧シリンダのヘッド側に蓄積された位置エネルギを無駄に廃棄することなく、ロッド側に有効に再生させて、ロッド側の流体圧により荷重体を所定の下降速度まで迅速に加速することができ、下降時の速度および応答性を確保できるとともに、荷重体が持つ位置エネルギを運動エネルギに変換して、流体圧シリンダのロッド側およびヘッド側の圧力を高めることができ、この状態で、アキュムレータ制御弁を制御して開くことで、アキュムレータに位置エネルギを効率良く回収できる。
【００１２】
請求項２に記載された発明によれば、制御装置は、再生制御弁を開いて加速優先モードで制御してから、荷重体の下降速度が目標速度に到達したら再生制御弁を絞って昇圧優先モードに切換えるので、アキュムレータに蓄圧される圧力を初期ヘッド圧以上に高めることも可能であり、アキュムレータに位置エネルギを効率良く回収できる。
【００１３】
請求項３に記載された発明によれば、流体圧シリンダのヘッド側の圧力がアキュムレータに蓄圧された圧力以上になると、流体圧シリンダの速度指令値、アキュムレータ制御弁の前後差圧、再生制御弁の開度および再生制御弁の前後差圧に応じて、アキュムレータ制御弁の開度を制御するので、一定の条件下でアキュムレータ制御弁を開いてアキュムレータへの流量を確保できるとともに、速度指令値に応じた所定のシリンダ下降速度を達成し維持できる。すなわち、片ロッド型の流体圧シリンダが下降側に作動したことによるシリンダ内全容積の減少分を、ヘッド側の圧力の増加と、アキュムレータへの流量およびロッド側への再生流量とでバランスさせ、アキュムレータ制御弁の開度を制御することで、アキュムレータ流量を確保しつつ、速度指令値に応じたシリンダ下降速度を実現できる。
【００１４】
請求項４に記載された発明によれば、制御装置は、アキュムレータ圧の増加に応じてヘッド圧が増加したら、再生制御弁を開くことで、ヘッド圧を高圧に維持したまま荷重体の下降速度を一定に維持することができる。
【００１５】
請求項５に記載された発明によれば、流体圧シリンダのヘッド側からロッド側への再生時に、ポンプ流量制御弁でタンク側への通路を閉じることができないときにも、この閉止制御弁を閉じることで、再生流量のタンクへの排出を防止して、再生効率の低下を防止できる。
【００１６】
請求項６に記載された発明によれば、油圧ショベルの作業装置が上昇位置から下降するときに、上昇位置の作業装置が有する位置エネルギをアキュムレータに効率よく回収できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を、図１乃至図３に示された一実施の形態を参照しながら詳細に説明する。
【００１８】
図３に示されるように、作業機械としての油圧ショベル10は、機体11に対し荷重体としての作業装置12が可動的に設けられ、この作業装置12は、機体11と、この機体11に対し上下方向回動自在に軸支されたブーム13とに、油圧シリンダとしてのブームシリンダ14の基端部およびロッド先端部が回動自在に連結され、さらに、ブーム13と、このブーム13の先端部に回動自在に軸支されたアーム15とに、アームシリンダ16の基端部およびロッド先端部が回動自在に連結され、さらに、アーム15と、このアーム15の先端部に回動自在に軸支されたバケット17とに、バケットシリンダ18の基端部およびロッド先端部のリンケージ19が回動自在に連結されている。
【００１９】
ブームシリンダ14は、作業装置12の全体の荷重Ｗを受けて縮小動作が可能な流体圧シリンダであり、以下、この種の流体圧シリンダを、単にシリンダCyという。
【００２０】
図１に示されるように、シリンダCyのヘッド側は、アキュムレータ制御弁１の一部であるエネルギ蓄積制御用の蓄積制御弁1aを経た通路によりアキュムレータAccに連通可能に設けられ、アキュムレータAccを介し反対側にはアキュムレータ制御弁１の一部であるエネルギ放出制御用の放出制御弁1bが設けられている。
【００２１】
また、シリンダCyのヘッド側とロッド側とを連通可能な通路中には再生制御弁２が設けられている。
【００２２】
また、ポンプPpの吐出側通路はポンプ流量制御弁３の供給ポートに接続され、このポンプ流量制御弁３の一方の出力ポートは、通路Ｍを経てシリンダCyのヘッド側に連通され、他方のポートは、閉止制御弁４を介してシリンダCyのロッド側に接続されている。
【００２３】
蓄積制御弁1aは、シリンダCyのヘッド側からアキュムレータAccまたはタンクＴへの流れを方向制御および流量制御するエネルギ蓄積用制御弁であるが、アキュムレータAccとタンクＴとの切替は、別の弁を用いても良い。
【００２４】
放出制御弁1bは、アキュムレータAccからシリンダCyのヘッド側への流れを制御する蓄積工ネルギ放出用の弁であり、アキュムレータ制御弁１に１つにまとめて共用することもできる。
【００２５】
この放出制御弁1bがあれば、アキュムレータAccに蓄積されたエネルギを再利用するときの注入先を、位置エネルギ回収先のシリンダCy（ブームシリンダ14）以外の他の回路とすることも可能となる。
【００２６】
また、この放出制御弁1bにより、接続先をポンプ流量制御弁３の下流側としているが、接続先をポンプ流量制御弁３の上流側に変更することもできる。この場合、アキュムレータAccを利用するときのポンプ出力が大きくなり、省エネルギ上は望ましくないが、接続先のフレキシビリティ上は有利である。
【００２７】
再生制御弁２は、シリンダCyのヘッド側からロッド側への再生流量を制御する弁であり、全開時の開口面積が大きな弁を選定する。
【００２８】
ポンプ流量制御弁３は、各荷重体駆動装置（ブームシリンダ14、アームシリンダ16、バケットシリンダ18等）に注入されるポンプ流量および各荷重体駆動装置からタンクＴへ戻される戻り流量を方向制御および流量制御するコントロール弁であり、注入流量と戻り流量との関係が固定されるスプール弁でもよいが、注入流量と戻り流量との関係を複数のロジック弁で別々に制御できるようにすることが望ましい。
【００２９】
閉止制御弁４は、シリンダCyのヘッド側からロッド側への再生時にポンプ流量制御弁３でタンクＴ側への流路を閉にできないときにタンクＴ側への流路を閉じる補助弁である。
【００３０】
なお、図１では、流体ポンプおよび１つの荷重体駆動装置を構成するシリンダ（ブームシリンダ14等）を１セットのみ示したが、複数セット設ける場合もある。
【００３１】
このような位置エネルギ回収・再利用システムにおいて、圧力センサSphにより検出されたシリンダCyのピストンよりヘッド側の圧力をヘッド圧Phとし、そのピストンのヘッド側の面積をヘッダ面積Ahとし、圧力センサSprにより検出されたシリンダCyのピストンよりロッド側の圧力をロッド圧Prとし、そのピストンのロッド側の面積をロッド面積Arとし、荷重体質量をｍ、シリンダ位置Ｘの２階微分すなわち加速度をαとすると、力の平衡式は、次のようになる。
【００３２】
ｍ・α＝Ｗ＋（Pr・Ar−Ph・Ah）……(1)
【００３３】
シリンダ速度一定の平衡状態では、(1)式の両辺は０となる。
【００３４】
アキュムレータAccに蓄圧された圧力すなわちアキュムレータ圧はPa、アキュムレータAccの初期圧（封入ガス圧より若干高め）はPaOとする。
【００３５】
シリンダCyなどを操作する操作レバー（電気ジョイスティック）Ｌ、シリンダCyのヘッド圧Phおよびロッド圧Prを検出する圧力センサSph，Spr、アキュムレータAccに蓄えられた圧力すなわちアキュムレータ圧Paを検出する圧力センサSac、ブーム13などの荷重体の角度を検出する角度センサSanが、制御装置５の入力部に接続され、この制御装置５は、内部に演算処理装置および記憶装置などを内蔵し、この制御装置５の出力部は、各制御弁１，1a，２，３，４の可動制御部およびポンプPpの容量可変制御部（斜板レギュレータなど）に接続され、これらを電気信号により制御する。図１中の一点鎖線は制御信号ラインを表わすとともに、実線は油圧ラインを表わす。
【００３６】
この制御装置５は、再生制御弁２を開くことにより荷重を受けたシリンダCyを縮小方向に加速し、所定のシリンダ速度にてアキュムレータ制御弁１を開くことによりアキュムレータAccにヘッド側からの流量を供給して蓄圧させる機能を備えている。
【００３７】
さらに、制御装置５は、最初は再生制御弁２を全開に開いてシリンダCyのヘッド側から流出した流体をロッド側に再生する加速優先モードで制御し、シリンダ速度が目標速度に到達したら再生制御弁２を絞って流体圧シリンダCyのヘッド圧Phを増加させる昇圧優先モードに切換える機能を備えている。
【００３８】
さらに、制御装置５は、シリンダCyのヘッド圧Phがアキュムレータ圧Pa以上になると、操作レバーＬによるシリンダCyの速度指令値、再生制御弁２の開度、アキュムレータ制御弁１および再生制御弁２の前後差圧に応じて、アキュムレータ制御弁１の開度を制御する制御機能を備えている。
【００３９】
すなわち、制御装置５は、ヘッド圧Phがアキュムレータ圧Pa以上になると、アキュムレータ制御弁１を開いてアキュムレータAccへの流路を確立し、片ロッド型のシリンダCyのロッドがヘッド側に移動（下降動作）したことによるシリンダ内全容積の減少分を、ヘッド圧Phの増加と、アキュムレータAccへの流量およびシリンダCyのロッド側への再生流量でバランスさせるが、この時、アキュムレータ制御弁１を速度指令値に応じたアキュムレータ流量を確保できるように制御する機能を備えている。
【００４０】
また、制御装置５は、アキュムレータ圧Paの増加に応じて再生制御弁２を開く機能を備えている。
【００４１】
次に、この図１に示された制御装置５の制御動作を、図２に示されたフローチャートを参照しながら説明する。なお、フローチャート中の丸数字は、ステップ番号を示す。
【００４２】
（ステップ１）
操作前の平衡状態（ｍ・α＝０）では、アキュムレータAccの初期圧PaOは、アキュムレータ設定圧Psetに基づいて設定され、ロッド圧Prは、ほぼ０となり、ヘッド圧Phは、上記(1) 式の右辺を０とする正のある値となっている。すなわち、(1) 式の右辺の括弧内の値は、−Ｗとなっている。
【００４３】
（ステップ２）
操作レバーＬを下降操作すると、制御装置５は、再生制御弁２を全開に制御して、シリンダCyのヘッド側からロッド側へ作動流体を再生させることで、作業装置12を自重により下降動作させる（加速優先制御）。
【００４４】
このとき、閉止制御弁４またはポンプ流量制御弁３により、シリンダCyのヘッド側からロッド側への再生流がタンクＴに排出される流路を確実に閉じておく。この再生時にポンプ流量制御弁３によりタンクＴ側への流路を閉じることができないときは、閉止制御弁４によりタンク側への流路を確実に閉じておく。
【００４５】
（ステップ３）
シリンダCyのヘッド側からの流出により、ヘッド圧Phは低下し、また、ロッド圧Prは、Pr＝Ph−ｃとなる。ｃは、再生制御弁２の開度により決まる一定値（差圧）である。
【００４６】
（ステップ４）
上記(1) 式右辺の値がプラス値となるので、シリンダCyは下降方向への加速度を生じ、下降していく。
【００４７】
（ステップ５）
シリンダCyの片ロッド型ピストンは、ヘッダ面積Ah＞ロッド面積Arであることから、そのピストンの下降によって、シリンダCy内の全容積は減少し、ヘッド圧Ph、ロッド圧Prは上昇する。ただし、上記(1) 式が正の間（ｍ・α＞０）は、下降速度は上昇する。また、速度平衡状態に達しても一定速度で下降を継続するので、ヘッド圧Phおよびロッド圧Prは上昇を継続する。
【００４８】
（ステップ６）
ヘッド圧Ph＞アキュムレータ初期圧PaOであるか否かを判定する。PaO≧Phの場合（NO）は、アキュムレータAcc側への流れは生じていない。
【００４９】
（ステップ７）
ヘッド圧Ph＞アキュムレータ初期圧PaOとなったら、アキュムレータ制御弁１の蓄積制御弁1aの開度すなわち開口面積A1を、操作レバーＬからの速度指令値Vcに応じた流量を流せるように、この速度指令値Vcに応じて、または速度指令値Vcに加えて、アキュムレータ制御弁１の前後差圧ΔPh-aと、再生制御弁２の開度A2および前後差圧ΔPh-r（すなわちロッド側への再生流量Qr）とに応じて制御する。
【００５０】
すなわち、ヘッダ面積をAh、アキュムレータ制御弁１の開口面積をA1（制御対象）、再生制御弁２の開口面積をA2（制御済み量）、アキュムレータ制御弁１の前後差圧ΔPh-a＝Ph−Pa、再生制御弁２の前後差圧ΔPh-r＝Ph−Prとすると、流量バランス式は、
Ah・Vc＝Cd1・A1・√ΔPh-a＋Qr
Qr＝Cd2・A2・√ΔPh-r
となるので（ただし、Cd1およびCd2は定数である ）、この流量バランス式において、アキュムレータ制御弁１の開口面積A1を制御する。
【００５１】
（ステップ８）
これにより、アキュムレータAccへの回収流量が生じ、アキュムレータAccは蓄圧されていく。
【００５２】
（ステップ９）
アキュムレータAccへの回収流量により、ヘッド圧Phの上昇速度は鈍り、その分、ブーム下降速度は加速される。
【００５３】
このとき、再生制御弁２の開度をアキュムレータAccへの回収流量分だけ絞れば、ヘッド圧Phの変化はアキュムレータAccへの回収流量によって影響を受けないが、下降速度が低い場合は、全開を継続する。ヘッド圧Phの上昇に伴い、アキュムレータAccへの流量が増加し、アキュムレータAccへの蓄積速度が加速される。
【００５４】
（ステップ１０）
ブーム下降速度を検出し、このブーム下降速度が目標（指令）速度に達したか否かを判定し、目標速度に達するまで、ブーム下降速度が加速される。ブーム下降速度を検出手段は、角度センサSanで検出されたブーム角を微分することでブーム下降速度を求めることができるが、速度検出器によって下降速度を検出するようにしてもよいし、代替手段として、事前のシミュレーションで経過時間から、あるいは差圧から速度を割り出すようにしてもよい。
【００５５】
（ステップ１１）
荷重体の下降速度が指令速度（目標速度）に達した場合は、再生制御弁２の開度を制御して再生流量を絞り、ヘッド圧Phの上昇を図り、アキュムレータAccへの蓄積分を増やす（昇圧優先制御）。
【００５６】
（ステップ１２）
アキュムレータAccへの蓄積により、圧力センサSacにより検出されたアキュムレータ圧Paは徐々に増加するので、ヘッド圧Phも徐々に増加し、このヘッド圧Phが抵抗となって荷重体の下降速度は若干低下するが、アキュムレータ圧Paの増加に応じて、再生制御弁２を若干開くように可変制御するとともに、蓄積制御弁1aの開度を制御することで、下降速度を一定に保つことができる。すなわち、下降速度の平衡状態を維持できる（速度平衡状態維持モード）。
【００５７】
このように、最初は再生制御弁２を全開にしてブームシリンダ14のヘッド側から流出した油をロッド側に再生し（加速優先制御）、下降速度が目標（指令）速度に到達したら再生制御弁２を可変制御（昇圧優先制御）するとともに、蓄積制御弁1aの開度を制御することで下降速度を指令速度に維持しながらアキュムレータAccにエネルギを回収する。
【００５８】
次に、上記制御装置５が制御する位置エネルギ回収方法の特徴を説明する。
【００５９】
(1) 総合
作業装置12を上昇させたシリンダCyを定位置に停止した平衡状態から下降させる際に、作業装置12の下降速度を確保して作業能率の低下を防止できる。また、圧損またはリーク等のやむをえないロスは除いて、すなわち、タンクＴへの排出を極力少なくして、上昇荷重体が有する全位置エネルギを効率よくアキュムレータAccに回収し蓄積させることができる。さらに、アキュムレータAccへの蓄積圧を高圧化でき、すなわち初期ヘッド圧以上の高圧化も可能である。そして、これらの効果をバランスよく確保するために、以下の工夫をしている。
【００６０】
(2) 蓄積圧の高圧化
所定のアキュムレータ設定圧（Pset）以上を確保するため、アキュムレータAccの封入ガス圧を、適切な圧力（PaO≒Pset）に設定し、上記の加速優先制御および昇圧優先制御をすることで、シリンダCy内の初期ヘッド圧以上にアキュムレータ圧Paを加圧することも可能となる。
【００６１】
(3) 加速優先制御
シリンダCyのヘッド側からロッド側へのエネルギ再生のための再生制御弁２を設け、下降速度を確保し維持するために、再生制御弁２を制御して、ロッド圧Prをヘッド圧Phの上昇に応じた高い値に制御する。
【００６２】
すなわち、再生制御弁２を開き、ヘッド側流体をロッド側へ再生させると、この再生分は、アキュムレータAccには蓄積されないが、ポンプ出力をほぼ０にできるので、効率上は同様の効果が図れる。
【００６３】
なお、再生制御弁２は、最大開口時にヘッド圧Phとロッド圧Prとの差圧をほぼ０にできるように、最大開口面積が適切な大きさの弁を選定する。
【００６４】
そして、ブーム下降速度を確保するため、ロッド圧Prをヘッド圧Phに応じて高くする（式(1) のαを大きくする）ように、再生制御弁２の開度を大きくする加速優先制御とするのが、応答性上は有利である。
【００６５】
片ロッド側ピストンは、ヘッダ面積Ah＞ロッド面積Arであるから、このピストンの下降によるヘッド側容積の減少は、一部がヘッド圧Phの増加に使われ、一部がロッド側に再生される。
【００６６】
下降速度＜目標速度指令値（操作速度指令値）の間は、ヘッド圧Ph≒ロッド圧Prになるように、再生制御弁２の開度を大きくする加速優先制御によって、荷重体の下降速度を大きくする。
【００６７】
(4) 昇圧優先制御
下降速度が目標速度に到達したら、加速優先制御のときより再生制御弁２の開度を絞る昇圧優先制御に切替える。
【００６８】
(5) エネルギ蓄積
ヘッド圧Ph≧アキュムレータ初期圧PaOになると、アキュムレータ制御弁１の蓄積制御弁1aをアキュムレータAcc側に開いて、アキュムレータAccへの蓄圧すなわちエネルギ回収・蓄積を行なう。
【００６９】
このとき、荷重体下降速度が目標速度に達している場合は、再生制御弁２への開度を絞って、できるだけアキュムレータAccへの回収量を増やす。なお、蓄積制御弁1aとアキュムレータAcc間に逆止機能がある場合は、蓄積制御弁1aは、もっと早く開いても良い。
【００７０】
一方、目標速度を達成しなくてもよいと判断した場合も、再生制御弁２の開度を絞り、アキュムレータAccへの蓄積を優先する。
【００７１】
(6) 下降速度平衡状態維持モード
操作レバーＬの操作量などで決まる操作速度指令値Vcに加えてロッド側への再生流量Qr、アキュムレータ制御弁１の前後差圧ΔPh-a、再生制御弁２の前後差圧ΔPh-rに応じて、アキュムレータ制御弁１の蓄積制御弁1aの開度（開口面積A1）を制御することで、所定の下降速度を達成し維持する。
【００７２】
同時に、アキュムレータAccへのエネルギ蓄積が設定圧Pset以上になされ、位置エネルギが最少のロスでアキュムレータAccに回収・蓄積されるとともに、一部がロッド側に再生される。このとき、荷重体の下降によるシリンダCyのヘッド側容積の減少は、アキュムレータAccへの蓄積流量、ヘッド圧Phの増加（ただし速度平衡状態では、ヘッド圧Phは変化しない）、ロッド側への再生流量でバランスされる。
【００７３】
(7) 省エネ
下降時の省エネのため、速度優先操作時を除いて、ポンプ出力（圧力・流量）は、最少流量をタンクＴへバイパスする程度の、最小に制御される。
【００７４】
(8) 速度優先操作
目標速度到達前に、速度指令値が大きすぎて、ヘッド圧Phが速度平衡状態の値に到達する場合または速い応答を希望する場合は、蓄積制御弁1aを制御してシリンダCyのヘッド側から圧をタンクＴに抜いたり、ポンプ流量制御弁３を制御してポンプ流量をロッド側へ強制的に注入する速度優先操作を実施することもできる。ただし、この速度優先操作を行なうと、その分、エネルギロスが生じるので、最少時間に止める。
【００７５】
次に、上記実施の形態の効果を説明する。
【００７６】
制御装置５は、作業装置12の荷重を受けて片ロッド型のシリンダCyが縮小するときに、再生制御弁２を制御してシリンダCyのヘッド側から流出した流体をロッド側へ再生させる再生流量を制御することで、シリンダCyのヘッド側に蓄積された位置エネルギを無駄に廃棄することなく、ロッド側に有効に再生させて、ロッド圧Prにより作業装置12を所定の下降速度まで迅速に加速することができ、下降時の速度および応答性を確保できるとともに、作業装置12が持つ位置エネルギを運動エネルギに変換して、シリンダCyのロッド側およびヘッド圧Phを高めることができ、この状態で、アキュムレータ制御弁１を制御して開くことで、アキュムレータAccに位置エネルギを効率良く回収できる。
【００７７】
制御装置５は、再生制御弁２を開いて加速優先モードで制御してから、作業装置12の下降速度が目標速度に到達したら再生制御弁２を絞って昇圧優先モードに切換えるので、アキュムレータAccに蓄圧される圧力を初期ヘッド圧以上に高めることも可能であり、アキュムレータAccに位置エネルギを効率良く回収できる。
【００７８】
シリンダCyのヘッド圧PhがアキュムレータAccに蓄圧されたアキュムレータ圧Pa以上になると、シリンダCyの速度指令値Vc、アキュムレータ制御弁１の前後差圧ΔPh-a、再生制御弁２の開度および再生制御弁２の前後差圧ΔPh-rに応じて、アキュムレータ制御弁１の開口面積A1を制御するので、一定の条件下でアキュムレータ制御弁１を開いてアキュムレータAccへの流量を確保できるとともに、速度指令値Vcに応じた所定のシリンダ下降速度を達成し維持できる。すなわち、片ロッド型のシリンダCyが下降側に作動したことによるシリンダ内全容積の減少分を、ヘッド圧Phの増加と、アキュムレータAccへの流量およびロッド側への再生流量Qrとでバランスさせ、アキュムレータ制御弁１の開口面積A1を制御することで、アキュムレータ流量を確保しつつ、速度指令値Vcに応じたシリンダ下降速度を実現できる。
【００７９】
制御装置５は、アキュムレータ圧Paの増加に応じてヘッド圧Phが増加したら、再生制御弁２を開くことで、ヘッド圧Phを高圧に維持したまま作業装置12の下降速度を一定に維持することができる。
【００８０】
シリンダCyのヘッド側からロッド側への再生時に、ポンプ流量制御弁３でタンク側への通路を閉じることができないときにも、閉止制御弁４を閉じることで、再生流量のタンクＴへの排出を防止して、再生効率の低下を防止できる。
【００８１】
油圧ショベル10の作業装置12が上昇位置から下降するときに、上昇位置の作業装置12が有する位置エネルギをアキュムレータAccに効率よく回収できる。
【００８２】
以上のように、位置エネルギ回収時にアキュムレータAccを利用するシステムにおいて、上記のシステム構成によれば、再生制御弁２をポンプ流量制御弁３とは別個に設けることにより、再生制御弁２をポンプ流量制御弁３の操作信号とは独立して制御できるので、下降速度の確保、アキュムレータAcc圧の高圧化および高い回収効率が可能となり、以下の作用効果を同時にあるいはバランスよく実現できる制御方式を提供できる。
【００８３】
(1) アキュムレータAccに位置エネルギを回収する際のブーム下降時のブーム下げ速度および応答性を確保できる。
【００８４】
すなわち、下降時に、シリンダCyのヘッド側とロッド側との差圧を適切に制御するための再生制御弁２を設けたので、作業装置12の下降速度を大きくでき、また応答性も高めることができる。
【００８５】
さらに、アキュムレータ制御弁１および再生制御弁２を連動して制御することにより、操作指令に応じた下降速度を確保できる。特に、シリンダCyのヘッド圧Phを高圧にでき、ヘッド圧が高圧ときも所定の下降速度を維持できる。
【００８６】
(2) 作業装置12の上昇位置でシリンダCyのヘッド側に蓄積された位置エネルギを、タンクＴへ無駄に廃棄することなく、すなわちタンクＴへの排出量をほぼ０にして、アキュムレータAccに蓄積できる。すなわち、アキュムレータAccを利用して位置エネルギを回収するに際して、位置エネルギを効率的に回収できる。
【００８７】
さらに、シリンダCyのヘッド側の流量をロッド側に再生させて利用したので、省エネのため既存のポンプPpとポンプ流量制御弁３を、ポンプ出力≒０になるように運転し、既存系からロッド側への注入量は０としても、下降時の速度および応答性を確保できるので、ポンプ駆動エネルギを節約できる。
【００８８】
(3) アキュムレータ圧Paを必要な高圧に加圧できることで、アキュムレータ再利用時の有効性を高めることができる。アキュムレータ圧Paを希望通りの高圧とするには、上記システム構成とアキュムレータ初期圧PaOより若干高めに設定するだけでよい。
【００８９】
(4) 複数の制御弁１〜４と制御装置５とによって、シンプルなシステム構成にできる。
【００９０】
なお、本発明は、ブームシリンダ14に限定されるものではなく、例えばアームシリンダ16のピストンもバケット17内の土砂等の荷重を受けて移動可能であるから、本発明を適用できる。さらには、本発明は、油圧ショベルに限定されるものでもなく、例えばクレーン車等の油圧シリンダにも適用できる。
【００９１】
本発明は、油圧ショベルだけでなく、クレーン車などの作業機械にも利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明に係る流体圧シリンダ制御回路の一実施の形態を示す回路図である。
【図２】同上制御回路の制御手順を示すフローチャートである。
【図３】同上制御回路を備えた油圧ショベルの側面図である。
【符号の説明】
【００９３】
Pp    ポンプ
Cy    流体圧シリンダ（単にシリンダという）
Acc   アキュムレータ
１    アキュムレータ制御弁
２    再生制御弁
３    ポンプ流量制御弁
４    閉止制御弁
５    制御装置
10    油圧ショベル
12    荷重体としての作業装置
14    油圧シリンダとしてのブームシリンダ
【図１】
2009275769.tif 000003
【図２】
2009275769.tif 000004
【図３】
2009275769.tif 000005