作業機械における油圧制御システム
【課題】昇降動する作業部の有する位置エネルギーを、確実に回収できるようにすると共に、回収されたエネルギーを損失の少ない状態で再利用できるようにする。
【解決手段】 ブームの下降時にブームシリンダ８のヘッド側油室８ａから排出される油を蓄圧するアキュムレータ３５と、該アキュムレータ３５の蓄圧油がヘッド側油室１７ａに供給されることでロッド側油室１７ｂの油圧を増圧して出力する増圧シリンダ１７とを設けて、ブームの上昇時に、前記増圧シリンダ１７により増圧された圧油を、メインポンプ９の吐出油に合流させる構成にすると共に、増圧シリンダ１７のロッド側油室１７ｂから出力された圧油をロッド側油室１７ａに還流させる還流油路４１、４２、４０、３９を設けて、増圧シリンダ１７からメインポンプ９の吐出油への合流時に合流バルブ４９を通過する際の圧力損失を低減できるようにした。
【解決手段】 ブームの下降時にブームシリンダ８のヘッド側油室８ａから排出される油を蓄圧するアキュムレータ３５と、該アキュムレータ３５の蓄圧油がヘッド側油室１７ａに供給されることでロッド側油室１７ｂの油圧を増圧して出力する増圧シリンダ１７とを設けて、ブームの上昇時に、前記増圧シリンダ１７により増圧された圧油を、メインポンプ９の吐出油に合流させる構成にすると共に、増圧シリンダ１７のロッド側油室１７ｂから出力された圧油をロッド側油室１７ａに還流させる還流油路４１、４２、４０、３９を設けて、増圧シリンダ１７からメインポンプ９の吐出油への合流時に合流バルブ４９を通過する際の圧力損失を低減できるようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、昇降する作業部を備えた作業機械において、作業部の有する位置エネルギーを回収、再利用することができる作業機械における油圧制御システムの技術分野に属するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、油圧ショベルやクレーン等の作業機械は、昇降自在な作業部を備えると共に、該作業部の昇降は、油圧ポンプから圧油供給される昇降用油圧シリンダの伸縮作動に基づいて行うように構成されているが、このものにおいて、従来、作業部の下降時に昇降用油圧シリンダの重量保持側油室から油タンクに排出される油は、作業部の自重による急激な落下を防止するため、昇降用油圧シリンダの油供給排出制御を行うコントロールバルブに設けられた絞りによってメータアウト制御されるように構成されている。つまり、地面より上方に位置している作業部は位置エネルギーを有しているが、該位置エネルギーは、前記コントロールバルブの絞りを通過するときに熱エネルギーに変換され、さらに該熱エネルギーはオイルクーラーによって大気中に放出されることになって、無駄なエネルギー損失となる。
そこで、作業部の有する位置エネルギーを回収、再利用するために、従来設けられている昇降用油圧シリンダに加えてアシストシリンダを設け、作業部の下降時に、アシストシリンダの重量保持側油室から排出される油をアキュムレータに蓄圧すると共に、作業部の上昇時に、アキュムレータに蓄圧された圧油をアシストシリンダの重量保持側油室に供給するようにした技術が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
しかるに、前記特許文献１のものは、作業部の下降時に、アシストシリンダからの排出油はアキュムレータに蓄圧されるものの、作業部を昇降するために従来から設けられている昇降用油圧シリンダからの排出油は、コントロールバルブを経由して油タンクに排出されるようになっており、作業機の有する位置エネルギーのうちの一部しか回収されていないことになる。しかも、作業部の上昇時にアキュムレータに充分に蓄圧されていない場合には、油圧ポンプからコントロールバルブを介して昇降用油圧シリンダに供給される圧油の一部が、アシストシリンダに供給されると共にアキュムレータ蓄圧用に用いられるように構成されているため、作業部の上昇速度が遅くなって、作業効率が低下するという問題がある。
これに対し、アシストシリンダを設けることなく、作業部の下降時に昇降用油圧シリンダから排出された油をアキュムレータに蓄圧すると共に、作業部の上昇時に該アキュムレータに蓄圧された圧油を昇降用油圧シリンダに供給するように構成すれば、作業機の有する位置エネルギーを確実に回収できることになるが、この場合、アキュムレータの蓄圧油の圧力では、高負荷作業時に作業部を上昇させるべく昇降用油圧シリンダに供給される圧油の圧力としては不足する場合がある。そこでアキュムレータの蓄圧油を、エンジン動力で駆動する専用のポンプで高圧にして、昇降用油圧シリンダに供給することが提唱されている（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特許第２５８２３１０号公報
【特許文献２】特開２００８−１４４６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかるに、特許文献２のものでは、アキュムレータの蓄圧油を高圧にするための専用のポンプや、該ポンプにエンジン動力を伝達するための動力伝達機器（ギア装置等）が必要になって、コストアップの要因となるうえ、動力伝達機器におけるトルク低下や、ポンプ自体の慣性質量などによる空転トルク等のエネルギー損失の問題があって、更なる省エネルギー化が求められ、ここに本発明が解決しようとする課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、上記の如き実情に鑑みこれらの課題を解決することを目的として創作されたものであって、請求項１の発明は、作業部を昇降せしめる昇降用油圧シリンダを備えた作業機械において、該作業機械の油圧制御システムは、前記昇降用油圧シリンダの油圧供給源になる油圧ポンプと、作業部の下降時に昇降用油圧シリンダの重量保持側油室から排出される油を蓄圧するアキュムレータと、該アキュムレータの蓄圧油が入力側油室に供給されることで出力側油室の油圧を増圧して出力する増圧シリンダと、該増圧シリンダの入力側油室への油供給を制御する増圧シリンダ入力側油室用制御バルブと、増圧シリンダの出力側油室から出力される圧油を油圧ポンプの吐出油に合流させる合流油路と、該増圧シリンダの出力側油室から油圧ポンプの吐出油への合流を制御する合流バルブと、増圧シリンダの出力側油室から出力される圧油を入力側油室に還流させる増圧シリンダ還流油路と、該増圧シリンダの出力側油室から入力側油室への還流を制御する増圧シリンダ出力側油室用制御バルブとを備えて構成されることを特徴とする作業機械における油圧制御システムである。
請求項２の発明は、増圧シリンダ出力側油室用制御バルブは、増圧シリンダの出力側油室の圧力と油圧ポンプの吐出圧との差圧が大きいほど、増圧シリンダの出力側油室から入力側油室への還流流量が多くなるように制御されることを特徴とする請求項１に記載の作業機械における油圧制御システムである。
請求項３の発明は、油圧制御システムは、さらに、作業部の下降時に昇降用油圧シリンダの重量保持側油室から排出される油を、アキュムレータおよび増圧シリンダの出力側油室に供給する回収油路を備えると共に、前記増圧シリンダ出力側油室用制御バルブは、前記回収油路から増圧シリンダの出力側油室への油供給の制御を行なう構成であることを特徴とする請求項１または２に記載の作業機械における油圧制御システムである。
【発明の効果】
【０００５】
請求項１の発明とすることにより、作業部の下降時に、昇降用油圧シリンダの重量保持側油室から排出された油がアキュムレータに蓄圧される一方、増圧シリンダは、前記アキュムレータの蓄圧油が入力側油室に供給されることで出力側油室から増圧された圧油を出力し、そして該増圧シリンダにより増圧された圧油は、油圧ポンプの吐出油に合流されることになる。而して、作業部の下降時に回収された位置エネルギーを再利用できることになって、省エネルギー化に大きく貢献できると共に、増圧シリンダにより増圧することで、高負荷作業時にも対応できる高圧の圧油を供給できることになる。しかも、エンジン動力で駆動するポンプを用いて増圧する場合のように、エンジンからポンプへの動力伝達経路におけるトルク低下やポンプ自体の慣性質量などによる空転トルクの損失等がなく、回収したエネルギーを可及的に損失の少ない状態で利用できると共に、コスト的にも有利となる。さらに、増圧シリンダから油圧ポンプの吐出油への合流時に、増圧シリンダの出力側油室から出力された圧油の一部を還流油路を経由して入力側油室に還流させることができ、而して、増圧シリンダの出力側油室の圧力とメインポンプの吐出圧との差圧を小さくできて、増圧シリンダから出力された圧油が合流バルブを通過する際の圧力損失を低減させることができる。さらに、前記還流分、アキュムレータから増圧シリンダの入力側油室への供給流量を減少させることができて、アキュムレータの蓄圧油の消費を抑えることができ、この点でも省エネルギー化を達成できる。
請求項２の発明とすることにより、合流バルブの通過時における圧力損失をできるだけ低減させるべく、増圧シリンダの出力側油室の圧力と油圧ポンプの吐出圧との差圧に応じた適切な還流流量制御を行えることになる。
請求項３の発明とすることにより、増圧シリンダ出力側油室用制御バルブは、増圧シリンダの出力側油室から入力側油室への還流の制御と、回収油路から増圧シリンダの出力側油室への油供給の制御との二つの機能を有することになり、もって、部材の兼用化が図れて、コストダウンに寄与できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
次に、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。図１において、１は作業機械の一例である油圧ショベルであって、該油圧ショベル１は、クローラ式の下部走行体２、該下部走行体２の上方に旋回自在に支持される上部旋回体３、該上部旋回体３のフロントに装着される作業部４等の各部から構成され、さらに該作業部４は、基端部が上部旋回体３に上下揺動自在に支持されるブーム５、該ブーム５の先端部に前後揺動自在に支持されるアーム６、該アーム６の先端部に取付けられるバケット７等から構成されている。
【０００７】
８は前記ブーム５を上下揺動せしめるべく伸縮作動する左右一対のブームシリンダ（本発明の昇降用油圧シリンダに相当する）であって、該ブームシリンダ８は、ヘッド側油室８ａ（本発明の重量保持側油室に相当する）の圧力によって作業部４の重量を保持すると共に、該ヘッド側油室８ａへの圧油供給およびロッド側油室８ｂからの油排出により伸長してブーム５を上昇せしめ、また、ロッド側油室８ｂへの圧油供給およびヘッド側油室８ａからの油排出により縮小してブーム５を下降せしめるように構成されている。そして、該ブーム５の昇降によって作業部４全体が昇降すると共に、ブーム５の上昇に伴い作業部４の有する位置エネルギーが増加するが、該位置エネルギーは、後述する油圧制御システムによってブーム５の下降時に回収される一方、該回収されたエネルギーは、ブーム５の上昇時に利用されるようになっている。
【０００８】
次いで、前記油圧制御システムについて、図２の回路図に基づいて説明するが、これらの図面において、９は油圧ショベル１に搭載のエンジンＥにより駆動される可変容量型のメインポンプ（本発明の油圧ポンプに相当する）、１０はパイロット油圧源となるパイロットポンプ、１１は油タンクである。尚、前記メインポンプ９は、ブームシリンダ８だけでなく、油圧ショベル１に設けられる他の複数の油圧アクチュエータ（図示しないが、走行モータ、旋回モータ、アームシリンダ、バケットシリンダ等）の油圧供給源になる油圧ポンプである。
【０００９】
さらに、１２は前記メインポンプ９の吐出流量制御を行うレギュレータであって、該レギュレータ１２は、メインポンプ出力制御用電磁比例減圧弁１４からの制御信号圧を受けて、エンジン回転数と作業負荷に対応したポンプ出力にするべく作動すると共に、メインポンプ９の吐出圧力を受けて定馬力制御を行う。さらにレギュレータ１２は、ネガティブコントロール信号圧Ｐｎ或いは流量制御信号圧Ｐｃに基づいた流量制御も行うが、該流量制御については後述する。
【００１０】
一方、１５は前記メインポンプ９の吐出側に接続される圧油供給油路であって、該圧油供給油路１５には、ブームシリンダ８に対する油給排制御を行うブームシリンダ用コントロールバルブ１６が接続されている。尚、圧油供給油路１５には、メインポンプ９の吐出油だけでなく、後述するように、増圧シリンダ１７からの圧油も供給されるようになっている。また、圧油供給油路１５には、前記ブームシリンダ用コントロールバルブ１６だけでなく、他の複数の油圧アクチュエータ（走行モータ、旋回モータ、アームシリンダ、バケットシリンダ等）に対する油給排制御をそれぞれ行なう各油圧アクチュエータ用コントロールバルブも接続されるが、図２においては省略する。
【００１１】
前記ブームシリンダ用コントロールバルブ１６は、上昇側、下降側パイロットポート１６ａ、１６ｂを備えたスプール弁で構成されており、そして、両パイロットポート１６ａ、１６ｂにパイロット圧が入力されていない状態では、ブームシリンダ８に対する油給排を行なわない中立位置Ｎに位置しているが、上昇側パイロットポート１６ａにパイロット圧が入力されることによりスプールが移動して、圧油供給油路１５の圧油をブームシリンダヘッド側油路１８を経由してブームシリンダ８のヘッド側油室８ａに供給する一方、ロッド側油室８ｂからブームシリンダロッド側油路１９に排出された油を油タンク１１に流す上昇側位置Ｘに切換わる。また、下降側パイロットポート１６ｂにパイロット圧が入力されることにより、前記上昇側位置Ｘとは反対側にスプールが移動して、圧油供給油路１５の圧油を絞り１６ｃを介してブームシリンダロッド側油路１９からロッド側油室８ｂに供給すると共に、ヘッド側油室８ａからブームシリンダヘッド側油路１８に排出された油の一部を、再生用弁路１６ｄを介してブームシリンダロッド側油路１９からロッド側油室８ｂに供給する下降側位置Ｙに切換るように構成されている。尚、前記ブームシリンダヘッド側油路１８は、ブームシリンダ８のヘッド側油室８ａに油を給排するべくヘッド側油室８ａに接続される油路であり、ブームシリンダロッド側油路１９は、ブームシリンダ８のロッド側油室８ｂに油を給排するべくロッド側油室８ｂに接続される油路である。
【００１２】
ここで、前記下降側位置Ｙのブームシリンダ用コントロールバルブ１６に設けられる再生用弁路１６ｄは、ブームシリンダヘッド側油路１８とブームシリンダロッド側油路１９とを連通する弁路であって、該再生用弁路１６ｄには、ブームシリンダヘッド側油路１８からブームシリンダロッド側油路１９への油の流れは許容するが逆方向の流れは阻止するチェック弁１６ｅと絞り１６ｆとが配されている。而して、ヘッド側油室８ａがロッド側油室８ｂよりも高圧のあいだは、ヘッド側油室８ａから排出される油の一部が上記再生用弁路１６ｄを経由してロッド側油室８ｂに供給されるようになっている。
【００１３】
また、２０、２１は上昇側、下降側電磁比例減圧弁であって、これら各電磁比例減圧弁２０、２１は、後述するコントローラ１３からの励磁信号に基づいて、前記ブームシリンダ用コントロールバルブ１６の上昇側パイロットポート１６ａ、下降側パイロットポート１６ｂにそれぞれパイロット圧を出力するべく作動する。これら上昇側、下降側電磁比例減圧弁２０、２１から出力されるパイロット圧は、ブーム用操作レバー（図示せず）の操作量に応じて増減するように制御されると共に、該パイロット圧の増減に対応してブームシリンダ用コントロールバルブ１６のスプールの移動ストロークが増減するようになっており、これによって、ブームシリンダ用コントロールバルブ１６からブームシリンダ８への給排流量の増減制御がなされるように構成されている。
【００１４】
さらに、前記ブームシリンダ用コントロールバルブ１６には、圧油供給油路１５の圧油をネガティブコントロールバルブ２２を経由して油タンク１１に流すセンタバイパス弁路１６ｇが形成されている。該センタバイパス弁路１６ｇの通過流量は、ブームシリンダ用コントロールバルブ１６が中立位置Ｎのときに最も大きく、スプールの移動ストロークが大きくなるほど小さくなる、つまり、ブーム用操作レバーの操作量が増加するほどセンタバイパス弁路１６ｇの通過流量が減少するように制御されるが、下降側位置Ｙのコントロールバルブ１６のセンタバイパス弁路１６ｇは、スプールが最大ストロークのときも絞り１６ｈを介して開いている。そして、該センタバイパス弁路１６ｇの通過流量は、ネガティブコントロール信号圧Ｐｎとして後述するシャトル弁２３の一方の入力ポート２３ａに出力される。
【００１５】
一方、２４はコントローラ１３からの励磁信号に基づいて流量制御信号圧Ｐｃを出力するメインポンプ流量制御用電磁比例減圧弁であって、該メインポンプ流量制御用電磁比例減圧弁２４から出力された流量制御信号圧Ｐｃは、前記シャトル弁２３の他方の入力ポート２３ｂに入力される。
【００１６】
前記シャトル弁２３は、入力ポート２３ａ、２３ｂから入力されるネガティブコントロール信号圧Ｐｎ、流量制御信号圧Ｐｃのうち高圧側を選択して、前記メインポンプ９のレギュレータ１２に出力する。そして、該レギュレータ１２は、入力された信号圧が高いほどポンプ流量を減少せしめるように、メインポンプ９の流量を制御する。つまり、ネガティブコントロール信号圧Ｐｎとメインポンプ流量制御用電磁比例減圧弁２４から出力される流量制御信号圧Ｐｃとのうち、メインポンプ９の吐出流量を少なくする方の信号圧がシャトル弁２３により選択されてレギュレータ１２に入力され、そして、該レギュレータ１２は、ネガティブコントロール信号圧Ｐｎが入力された場合には、ブーム用操作レバーの操作量の増減に対応してポンプ流量を増減せしめるネガティブコントロール流量制御を行なう一方、流量制御信号圧Ｐｃが入力された場合には、該流量制御信号圧Ｐｃに基づく流量制御を行なうが、この流量制御信号圧Ｐｃについては後述する。
【００１７】
また、２５は前記ブームシリンダヘッド側油路１８に配されるドリフト低減弁、２６はコントローラ１３からの励磁信号に基づいてＯＦＦ位置ＮからＯＮ位置Ｘに切換わるドリフト低減弁用電磁切換弁であって、上記ドリフト低減弁２５は、前記ブームシリンダ用コントロールバルブ１６からブームシリンダ８のヘッド側油室８ａへの油の流れは常時許容するが、逆方向の流れは、ドリフト低減弁用電磁切換弁２６がＯＦＦ位置Ｎのときには阻止し、ＯＮ位置Ｘのときのみ許容するように構成されている。尚、２７はシリンダヘッド側油路１８に接続されるリリーフ弁であって、該リリーフ弁２７によって、ブームシリンダヘッド側油路１８の最高圧力が制限されている。
【００１８】
さらに、２８は前記ブームシリンダ用コントロールバルブ１６とドリフト低減弁２５との間のブームシリンダヘッド側油路１８から分岐形成される回収油路であって、該回収油路２８には、回収バルブ２９が配されていると共に、該回収バルブ２９の下流側で、後述するアキュムレータ油路３０と増圧シリンダ用供給油路３１とに接続されている。さらに、前記回収バルブ２９には、ブームシリンダヘッド側油路１８からアキュムレータ油路３０および増圧シリンダ用供給油路３１への油の流れは許容するが、逆方向の流れは阻止するチェック弁３２が内蔵されている。而して、ブームシリンダ８のヘッド側油室８ａからブームシリンダヘッド側油路１８に排出された油を、回収油路２８を経由して、アキュムレータ油路３０および増圧シリンダ用供給油路３１に供給することができるようになっている。
【００１９】
前記回収バルブ２９は、コントローラ１３からの励磁信号が入力される回収バルブ用電油変換弁３３の作動に基づいてスプールが移動する開閉弁であって、回収バルブ用電油変換弁３３が非励磁の状態では、回収油路２８を閉じる閉位置Ｎに位置しているが、回収バルブ用電油変換弁３３に励磁信号が入力されることによりスプールが移動して、回収油路２８を開く開位置Ｘに切換わるように構成されている。
【００２０】
前記回収バルブ２９の開口面積は、コントローラ１３から回収バルブ用電油変換弁３３に入力される励磁信号の信号値によって増減制御されるようになっており、そして、該回収バルブ２９の開口面積の増減制御によって、ブームシリンダ８のヘッド側油室８ａから排出された油が回収油路２８を経由してアキュムレータ油路３０および増圧シリンダ用供給油路３１に流れる流量の増減制御がなされるように構成されている。
【００２１】
一方、アキュムレータ油路３０は、前記回収油路２８からアキュムレータチェックバルブ３４を経由してアキュムレータ３５に至る油路であって、該アキュムレータ油路３０の最高圧力は、アキュムレータ油路３０に接続されるリリーフ弁３６によって制限されている。尚、本実施の形態において、アキュムレータ３５は、油圧エネルギー蓄積用として最適なブラダ型のものが用いられているが、これに限定されることなく、例えばピストン型のものであっても良い。
【００２２】
前記アキュムレータチェックバルブ３４は、アキュムレータ３５に対する油の給排制御を行なうバルブであって、ポペット弁３７と、コントローラ１３から出力される励磁信号に基づいてＯＦＦ位置ＮからＯＮ位置Ｘに切換わるアキュムレータチェックバルブ用電磁切換弁３８とを用いて構成されている。そして、上記ポペット弁３７は、回収油路２８からアキュムレータ３５への油の流れは、アキュムレータチェックバルブ用電磁切換弁３８がＯＦＦ位置Ｎ、ＯＮ位置Ｘの何れであっても許容するが、アキュムレータ３５から増圧シリンダ用供給油路３１への油の流れは、アキュムレータチェックバルブ用電磁切換弁３８がＯＦＦ位置Ｎに位置しているときには阻止し、ＯＮ位置Ｘに位置しているときのみ許容するように構成されている。尚、回収油路２８からアキュムレータ３５への油の流れは、前述したようにアキュムレータチェックバルブ用電磁切換弁３８がＯＦＦ位置Ｎ、ＯＮ位置Ｘの何れであっても許容されるが、アキュムレータチェックバルブ用電磁切換弁３８がＯＮ位置Ｘに位置している状態では、アキュムレータ油路３０の圧力がポペット弁３７のバネ室３７ａに導入されないため、殆ど圧力損失のない状態で回収油路２８からアキュムレータ油路３０に油を流すことができる。
【００２３】
一方、前記増圧シリンダ用供給油路３１は、増圧シリンダヘッド側油路３９に連結されるヘッド側連結油路４０と、増圧シリンダロッド側油路４１に連結されるロッド側連結油路４２とに分岐されると共に、上記ヘッド側連結油路４０、ロッド側連結油路４２には、それぞれ増圧シリンダヘッド側制御バルブ４３、増圧シリンダロッド側制御バルブ４４が配設されている。ここで、前記増圧シリンダヘッド側油路３９は、増圧シリンダ１７のヘッド側油室１７ａに油を給排するべくヘッド側油室１７ａに接続される油路であり、増圧シリンダロッド側油路４１は、増圧シリンダ１７のロッド側油室１７ｂに油を給排するべくロッド側油室１７ｂに接続される油路である。
【００２４】
前記増圧シリンダヘッド側制御バルブ（本発明の増圧シリンダ入力側油室用制御バルブに相当する）４３は、コントローラ１３からの励磁信号が入力される増圧シリンダヘッド側制御バルブ用電油変換弁４５の作動に基づいてスプールが移動する開閉弁であって、増圧シリンダヘッド側制御バルブ用電油変換弁４５が非励磁の状態では、ヘッド側連結油路４０を閉じる閉位置Ｎに位置しているが、増圧シリンダヘッド側制御バルブ用電油変換弁４５に励磁信号が入力されることによりスプールが移動して、ヘッド側連結油路４０を開く開位置Ｘに切換わるように構成されている。さらに、増圧シリンダヘッド側制御バルブ４３には、増圧シリンダ用供給油路３１から増圧シリンダヘッド側油路３９への油の流れは許容するが、逆方向の流れは阻止するチェック弁４６が内蔵されている。而して、増圧シリンダヘッド側制御バルブ４３が開位置Ｘに切換わることによって、増圧シリンダ用供給油路３１の油を、ヘッド側連結油路４０および増圧シリンダヘッド側油路３９を経由して、増圧シリンダ１７のヘッド側油室１７ａに供給することができるようになっている。
【００２５】
前記増圧シリンダヘッド側制御バルブ４３の開口面積は、コントローラ１３から増圧シリンダヘッド側制御バルブ用電油変換弁４５に入力される励磁信号の信号値によって増減制御されるようになっており、そして該増圧シリンダヘッド側制御バルブ４３の開口面積の増減制御によって、増圧シリンダ１７のヘッド側油室１７ａへの供給流量の増減制御がなされるように構成されている。
【００２６】
一方、前記増圧シリンダロッド側制御バルブ（本発明の増圧シリンダ出力側油室用制御バルブに相当する）４４は、コントローラ１３からの励磁信号が入力される増圧シリンダロッド側制御バルブ用電油変換弁４７の作動に基づいてスプールが移動する開閉弁であって、増圧シリンダロッド側制御バルブ用電油変換弁４７が非励磁の状態では、ロッド側連結油路４２を閉じる閉位置Ｎに位置しているが、増圧シリンダロッド側制御バルブ用電油変換弁４７に励磁信号が入力されることによりスプールが移動して、ロッド側連結油路４２を開く開位置Ｘに切換わるように構成されている。而して、増圧シリンダロッド側制御バルブ４４が開位置Ｘに切換わることによって、増圧シリンダ用供給油路３１の油を、ロッド側連結油路４２および増圧シリンダロッド側油路４１を経由して、増圧シリンダ１７のロッド側油室１７ｂに供給することができるようになっている。さらに、該増圧シリンダロッド側制御バルブ４４および前述の増圧シリンダヘッド側制御バルブ４３が共に開位置Ｘに切換わることによって、増圧シリンダ１７のロッド側油室１７ｂの圧油を、増圧シリンダロッド側油路４１、ロッド側連結油路４２、ヘッド側連結油路４０、増圧シリンダヘッド側油路３９を経由して、増圧シリンダ１７のヘッド側油室１７ａに還流させることができるようになっている。尚、本実施の形態において、本発明の増圧シリンダ還流油路は、前記増圧シリンダロッド側油路４１と、ロッド側連結油路４２と、ヘッド側連結油路４０と、増圧シリンダヘッド側油路３９とにより形成される。
【００２７】
前記増圧シリンダロッド側制御バルブ４４の開口面積は、コントローラ１３から増圧シリンダロッド側制御バルブ用電油変換弁４７に入力される励磁信号の信号値によって増減制御されるようになっており、そして該増圧シリンダロッド側制御バルブ４４の開口面積の増減制御によって、増圧シリンダ１７のロッド側油室１７ｂへの供給流量、或いはロッド側油室１７ｂからヘッド側油室１７ａへの還流流量の増減制御がなされるように構成されている。
【００２８】
ここで、前記増圧シリンダ１７は、ヘッド側油室（本発明の入力側油室に相当する）１７ａに圧油供給されることによって、ロッド側油室（本発明の出力側油室に相当する）１７ｂの油圧をヘッド側室１７ａへの入力圧力よりも増圧して出力するものである。その増圧比は、ピストン１７ｃに作用するロッド側油室１７ｂの受圧面積とヘッド側油室１７ａの受圧面積との比に等しくなるが、ロッド側油室１７ｂからの出力圧力は、高負荷作業時におけるメインポンプ９の吐出圧よりも高くなるように設定されており、これによって、後述するように、ロッド側油室１７ｂから出力された圧油をメインポンプ９の吐出油に合流させることができるようになっている。
【００２９】
一方、４８は前記増圧シリンダロッド側油路４１から分岐されて前記圧油供給油路１５に合流するように形成される合流油路であって、該合流油路４８には、合流バルブ４９が配されている。
【００３０】
前記合流バルブ４９は、コントローラ１３からの励磁信号が入力される合流バルブ用電油変換弁５０の作動に基づいてスプールが移動する開閉弁であって、合流バルブ用電油変換弁５０が非励磁の状態では、合流油路４８を閉じる閉位置Ｎに位置しているが、合流バルブ用電油変換弁５０に励磁信号が入力されることによりスプールが移動して、合流油路４８を開く開位置Ｘに切換わるように構成されている。さらに、該合流バルブ４９には、増圧シリンダロッド側油路４１から圧油供給油路１５への油の流れは許容するが、逆方向の流れは阻止するチェック弁５１が内蔵されている。而して、合流バルブ４９が開位置Ｘに切換わることによって、増圧シリンダ１７のロッド側油室１７ｂの圧油を、増圧シリンダロッド側油路４１および合流油路４８を経由して、圧油供給油路１５に合流させることができるようになっている。
【００３１】
前記合流バルブ４９の開口面積は、コントローラ１３から合流バルブ用電油変換弁５０に入力される励磁信号の信号値によって増減制御されるようになっており、そして、該合流バルブ４９の開口面積の増減制御によって、前記増圧シリンダ１７のロッド側油室１７ｂから合流油路４８を経由して圧油供給油路１５に合流する流量の増減制御がなされるように構成されている。
【００３２】
さらに、５２は前記増圧シリンダヘッド側油路３９から分岐形成されて油タンク１１に至る排出油路であって、該排出油路５２にはアンロード弁５３が配されている。
【００３３】
前記アンロード弁５３は、ポペット弁５４と、コントローラ１３から出力されるＯＮ信号に基づいてＯＦＦ位置ＮからＯＮ位置Ｘに切換わるアンロード弁用電磁切換弁５５とを用いて構成されている。上記ポペット弁５４は、増圧シリンダヘッド側油路３９から油タンク１１への油の流れを、アンロード弁用電磁切換弁５５がＯＮ位置Ｘに位置しているときのみ許容し、ＯＦＦ位置Ｎに位置しているときには阻止するようになっている。而して、上記アンロード弁用電磁切換弁５５をＯＮ位置Ｘに切換えることによって、増圧シリンダ１７のヘッド側油室１７ａの圧油を、増圧シリンダヘッド側油路３９および排出油路５２を経由して油タンク１１に排出することができるようになっている。
【００３４】
一方、前記コントローラ１３は、マイクロコンピュータ等を用いて構成されるものであって、図３のブロック図に示すごとく、ブーム用操作レバーの操作方向および操作量を検出するブーム操作検出手段５６、メインポンプ９の吐出圧を検出するポンプ用圧力センサ５７、増圧シリンダ１７のロッド側油室１７ｂの圧力を検出する増圧シリンダ用圧力センサ５８等からの信号を入力し、これら入力信号に基づいて、前述の上昇側電磁比例減圧弁２０、下降側電磁比例減圧弁２１、メインポンプ流量制御用電磁比例減圧弁２４、ドリフト低減弁用電磁切換弁２６、回収バルブ用電油変換弁３３、アキュムレータチェックバルブ用電磁切換弁３８、増圧シリンダヘッド側制御バルブ用電油変換弁４５、増圧シリンダロッド側制御バルブ用電油変換弁４７、合流バルブ用電油変換弁５０、アンロード弁用電磁切換弁５５等に制御信号を出力する。
【００３５】
次いで、ブーム用操作レバーの操作に基づくコントローラ１３の制御について説明する。
まず、ブーム用操作レバーがブーム下降側、上昇側の何れにも操作されていない場合、コントローラ１３は、上昇側電磁比例減圧弁２０、下降側電磁比例減圧弁２１、メインポンプ流量制御用電磁比例減圧弁２４、ドリフト低減弁用電磁切換弁２６、回収バルブ用電油変換弁３３、アキュムレータチェックバルブ用電磁切換弁３８、増圧シリンダヘッド側制御バルブ用電油変換弁４５、増圧シリンダロッド側制御バルブ用電油変換弁４７、合流バルブ用電油変換弁５０、アンロード弁用電磁切換弁５５の全てが非励磁となるように制御する。
【００３６】
一方、ブーム用操作レバーがブーム下降側に操作された場合、つまりブーム操作検出手段５６からブーム下降側操作の検出信号が入力された場合、コントローラ１３は、下降側電磁比例減圧弁２１に対し、ブームシリンダ用コントロールバルブ１６の下降側パイロットポート１６ｂに、ブーム用操作レバーの操作量に対応したパイロット圧を出力するように励磁信号を出力する。これによりブームシリンダ用コントロールバルブ１６が下降側位置Ｙに切換わり、而して、圧油供給油路１５の圧油が、前記下降側位置Ｙのブームシリンダ用コントロールバルブ１６の絞り１６ｃを経由してブームシリンダ８のロッド側油室８ｂに供給されると共に、ヘッド側油室８ａからの排出油の一部が、再生用弁路１６ｄを介してロッド側油室８ｂに供給されるが、その流量は、ブーム用操作レバーの操作量に応じて要求される流量となるように制御される。尚、後述するように、ブーム用操作レバーがブーム下降側に操作された場合、圧油供給油１５にはメインポンプ９の吐出油のみが供給されるようになっている。
【００３７】
さらに、ブーム下降側に操作された場合、コントローラ１３は、メインポンプ流量制御用電磁比例減圧弁２４に対して励磁信号を出力しない。これにより、メインポンプ流量制御用電磁比例減圧弁２４からシャトル弁２３の他方のポート２３ａに入力される圧力はタンク圧となり、而して、シャトル弁２３によりネガティブコントロール信号圧Ｐｎが選択されて、メインポンプ９のレギュレータ１２に入力される。これによりメインポンプ９の吐出流量は、ブーム用操作レバーの操作量の増減に対応してメインポンプ９の流量が増減するネガティブコントロール流量制御が行なわれるが、前述したように、下降側位置Ｙのブームシリンダ用コントロールバルブ１６のセンタバイパス弁路１６ｇは、スプールが最大ストロークのとき絞り１６ｈを介して開いており、これにより、ブーム用操作レバーの操作量が最大のときでもメインポンプ９の吐出流量は最大流量よりも少なくなるように制御される。
【００３８】
さらに、ブーム下降側に操作された場合、コントローラ１３は、ドリフト低減弁用電磁切換弁２６に対し、ＯＮ位置Ｘに切換わるよう励磁信号を出力する。これにより、ドリフト低減弁２５は、ブームシリンダ８のヘッド側油室８ａからの油排出を許容する状態になる。
【００３９】
さらに、ブーム下降側に操作された場合、コントローラ１３は、回収バルブ用電油変換弁３３に対し、ブーム操作レバーの操作量に対応した信号値の励磁信号を出力する。これにより回収バルブ２９が回収油路２８を開く開位置Ｘに切換わり、而して、ブームシリンダ８のヘッド側油室８ａから排出された油が、回収油路２８を経由してアキュムレータ油路３０および増圧シリンダ用供給油路３１に流れるが、該回収油路２８の流量は、ブーム用操作レバーの操作量に応じて要求される流量となるように制御される。尚、ヘッド側油室８ａからの排出油の一部は、前述したように、下降側位置Ｙの第一コントロールバルブ１６を経由してロッド側油室８ｂに供給される。
【００４０】
さらにこのとき、コントローラ１３は、アキュムレータチェックバルブ用電磁切換弁３８に対し、ＯＮ位置Ｘに切換るよう励磁信号を出力する。これにより、殆ど圧力損失のない状態で回収油路２８からアキュムレータ油路３０に油が供給され、そして該アキュムレータ油路３０に供給された油がアキュムレータ３５に蓄圧される。
【００４１】
さらに、ブーム下降側に操作された場合、コントローラ１３は、増圧シリンダロッド側制御バルブ用電油変換弁４７に対し、ブーム用操作レバーの操作量に対応した信号値の励磁信号を出力する。これにより増圧シリンダロッド側制御バルブ４４がロッド側連結油路４２を開く開位置Ｘに切換わり、而して、前記回収油路２８から増圧シリンダ用供給油路３１に流れた油が、ロッド側連結油路４２および増圧シリンダロッド側油路４１を経由して、増圧シリンダ１７のロッド側油室１７ｂに供給される。
【００４２】
さらにこのとき、コントローラ１３は、アンロード弁用電磁切換弁５５に対し、ＯＮ位置Ｘに切換るよう励磁信号を出力する。これによりアンロード弁５３は、増圧シリンダ１７のヘッド側油室１７ａから油タンク１１への油の流れを許容する状態になる。これにより、ヘッド側油室１７ａの圧力が低下して、前述したロッド側油室１７ｂへの油供給を殆ど抵抗のない状態で行なえるようになっている。
【００４３】
さらにこのとき、コントローラ１３は、増圧シリンダヘッド側制御バルブ用電油変換弁４５に対して励磁指令を出力しない。これにより、増圧シリンダヘッド側制御バルブ４３はヘッド側連結油路４０を閉じる閉位置Ｎに位置しており、而して、前記回収油路２８を経由して増圧シリンダ用供給油路３１に流れた油が、ヘッド側連結油路４０を経由して増圧シリンダ１７のヘッド側油室１７ａに流れてしまうことがないようになっている。
【００４４】
さらに、ブーム下降側に操作された場合、コントローラ１３は、合流バルブ用電油変換弁５０に対して励磁信号を出力しない。これにより合流バルブ４９は、合流油路４８を閉じる閉位置Ｎに位置しており、而して、合流油路４８から圧油供給油路１５に圧油供給されることなく、圧油供給油路１５にはメインポンプ９の吐出油のみが供給されるようになっている。
【００４５】
つまり、ブーム５の下降時に、ブームシリンダ８のヘッド側油室８ａから排出される油は、作業部４の有する位置エネルギーにより高圧となっていると共に、ピストン８ｃに作用する受圧面積の関係からロッド側油室８ｂへの供給量に対して略２倍の排出量となるが、該ヘッド側油室８ａからの排出油は、回収油路２８を経由してアキュムレータ油路３０および増圧シリンダ用供給油路３１に流れる。そして、アキュムレータ油路３０に流れた圧油はアキュムレータ３５に蓄圧される一方、増圧シリンダ用供給油路３１に流れた油は、増圧シリンダ１７のロッド側油室１７ｂに供給されることになる。また、ヘッド側油室８ａからの排出油の一部は、前述したようにブームシリンダ用コントロールバルブ１６の再生用弁路１６ｄを経由してロッド側油室８ｂに供給されることになる。而して、作業部４の有する位置エネルギーを、無駄にすることなく回収、再利用できるようになっている。
【００４６】
次に、ブーム用操作レバーがブーム上昇側に操作された場合、つまり、ブーム操作検出手段５６からブーム上昇側操作の検出信号が入力された場合のコントローラ１３の制御について説明する。
【００４７】
ブーム上昇側に操作された場合、コントローラ１３は、ドリフト低減弁用電磁切換弁２６に対して励磁信号を出力しない。これにより、ドリフト低減弁２５は、ブームシリンダ用コントロールバルブ１６からブームシリンダ８のヘッド側油室８ａへの油の流れは許容するが、逆方向の流れは阻止する状態になっている。
【００４８】
さらに、ブーム上昇側に操作された場合、コントローラ１３は、上昇側電磁比例減圧弁２０に対し、ブームシリンダ用コントロールバルブ１６の上降側パイロットポート１６ａに、ブーム用操作レバーの操作量に対応したパイロット圧を出力するように励磁信号を出力する。これによりブームシリンダ用コントロールバルブ１６が上昇側位置Ｘに切換わり、而して、圧油供給油路１５の圧油が、前記上昇側位置Ｘのブームシリンダ用コントロールバルブ１６を経由してブームシリンダ８のヘッド側油室８ａに供給されると共に、ロッド側油室８ｂからの排出油が油タンク１１に排出される。尚、後述するように、ブーム上昇側に操作された場合、圧油供給油路１５には、メインポンプ９の吐出油だけでなく、増圧シリンダ１７からの圧油も供給されるようになっている。
【００４９】
さらに、ブーム上昇側に操作された場合、コントローラ１３は、回収バルブ用電油変換弁３３に対して励磁信号を出力しない。これにより、回収バルブ２９は回収油路２８を閉じる閉位置Ｎに位置しており、而して、前記上昇側位置Ｘのブームシリンダ用コントロールバルブ１６を経由してブームシリンダヘッド側油路１８に供給された圧油が、回収油路２８を経由してアキュムレータ油路３０や増圧シリンダ用供給油路３１に流れてしまうことなく、ブームシリンダ８のヘッド側油室８ａに供給されるようになっている。
【００５０】
さらに、ブーム上昇側に操作された場合、コントローラ１３は、アキュムレータチェックバルブ用電磁切換弁３８に対し、ＯＮ位置Ｘに切換わるよう励磁信号を出力する。これにより、アキュムレータチェックバルブ３４は、アキュムレータ油路３０から増圧シリンダ用供給油路３１への油の流れを許容する状態になる。而して、アキュムレータ３５に蓄圧された圧油が増圧シリンダ用供給油路３１に供給される。
【００５１】
さらに、ブーム上昇側に操作された場合、コントローラ１３は、増圧シリンダヘッド側制御バルブ用電油変換弁４５に対し、ブーム用操作レバーの操作量に対応した信号値の励磁信号を出力する。これにより増圧シリンダヘッド側制御バルブ４３がヘッド側連結油路４０を開く開位置Ｘに切換わり、而して、前記増圧シリンダ用供給油路３１に供給されたアキュムレータ３５の蓄圧油が、ヘッド側連結油路４０および増圧シリンダヘット側油路３９を経由して増圧シリンダ１７のヘッド側油室１７ａに供給される。
【００５２】
さらにこのとき、コントローラ１３は、アンロード弁用電磁切換弁５５に対して励磁信号を出力しない。これによりアンロード弁５３は、増圧シリンダ１７のヘッド側油室１７ａから油タンク１１への油の流れを阻止する状態になっており、而して、前記開位置Ｘの増圧シリンダヘッド側制御バルブ４３を経由したアキュムレータ３５の蓄圧油は、油タンク１１に流れることなく、増圧シリンダ１７のヘッド側油室１７ａに供給されるようになっている。
【００５３】
前記増圧シリンダ１７は、アキュムレータ３５の蓄圧油がヘッド側油室１７ａに供給されることによって、ロッド側油室１７ｂの油圧を増圧して増圧シリンダロッド側油路４１に出力する。
【００５４】
さらに、ブーム上昇側に操作された場合、コントローラ１３は、合流バルブ用電油変換弁５０に対し、ブーム操作レバーの操作量に対応した信号値の励磁信号を出力する。これにより合流バルブ４９が合流油路４８を開く開位置Ｘに切換わり、而して、前記増圧シリンダ１７のロッド側油室１７ｂから増圧シリンダロッド側油路４１に出力された圧油が、合流油路４８を経由して圧油供給油路１５に供給される。そして、該圧油供給油路１５に供給された増圧シリンダ１７からの圧油は、メインポンプ９の吐出油と合流して、前述したように、上昇側位置Ｘのブームシリンダ用コントロールバルブ１６を経由してブームシリンダ８のヘッド側油室８ａに供給される。
【００５５】
さらに、ブーム上昇側に操作された場合、コントローラ１３は、増圧シリンダ用圧力センサ５８から入力される増圧シリンダロッド側油室１７ｂの圧力Ｐｂとポンプ用圧力センサ５７から入力されるメインポンプ９の吐出圧Ｐｐとの差圧（Ｐｂ−Ｐｐ）に応じて、増圧シリンダロッド側制御バルブ用電油変換弁４７に対して励磁信号を出力する。これにより、増圧シリンダロッド側制御バルブ４４は、ロッド側連結油路４２を開く開位置Ｘに切換わるが、ブーム上昇側に操作された場合には、前述したように、増圧シリンダヘッド側制御バルブ４３もヘッド側連結油路４０を開く開位置Ｘに切換わっている。而して、増圧シリンダ１７のロッド側油室１７ｂから増圧シリンダロッド側油路４１に出力された圧油は、前述したように合流油路４８を経由してメインポンプ９の吐出油に合流する一方で、ロッド側連結油路４２、ヘッド側連結油路４０、増圧シリンダヘッド側油路３９を経由して、増圧シリンダ１７のヘッド側油室１７ａに還流されるようにようになっている。この場合、増圧シリンダロッド側制御バルブ４４は、増圧シリンダロッド側油室１７ｂの圧力Ｐｂとメインポンプ９の吐出圧Ｐｐとの差圧（Ｐｂ−Ｐｐ）が大きいほど、開口面積が大きくなるように制御される。つまり、増圧シリンダ１７のロッド側油室１７ｂからヘッド側油室１７ａへの還流流量は、増圧シリンダロッド側油室１７ｂの圧力Ｐｂとメインポンプ９の吐出圧Ｐｐとの差圧が大きくなるほど多くなるように制御される。
【００５６】
さらに、ブーム上昇側に操作された場合、コントローラ１３は、メインポンプ流量制御用電磁比例減圧弁２４に対して、流量制御信号圧Ｐｃを出力するように制御信号を出力する。この場合、コントローラ１３は、増圧シリンダ用圧力センサ５８から入力される増圧シリンダロッド側油室１７ｂの圧力Ｐｂとポンプ用圧力センサ５７から入力されるメインポンプ９の吐出圧Ｐｐとの差圧（Ｐｂ−Ｐｐ）、および合流バルブ用電油変換弁５０への制御信号から求められる合流バルブ４９の開口面積によって、増圧シリンダ１７から圧油供給油路１５への合流量を演算する。そして、メインポンプ９の吐出流量を、ブーム用操作レバーの操作量によって要求されるポンプ流量から、前記増圧シリンダ１７からの合流量分を減じた流量にするべく、コントローラ１３からメインポンプ流量制御用電磁比例減圧弁２４に対して流量制御信号圧Ｐｃが出力される。
【００５７】
前記メインポンプ流量制御用電磁比例減圧弁２４から出力された流量制御信号圧Ｐｃは、シャトル弁２３の他方の入力ポート２３ｂに入力される。一方、シャトル弁２３の一方の入力ポート２３ａにはネガティブコントロール信号圧Ｐｎが入力されるが、増圧シリンダ１７からの圧油が圧油供給油路１５に合流している状態では、流量制御信号圧Ｐｃの方がネガティブコントロール信号圧Ｐｎよりもポンプ流量を少なくする信号圧、つまり、流量制御信号圧Ｐｃの方がネガティブコントロール信号圧Ｐｎよりも高圧になるから、該流量制御信号圧Ｐｃがシャトル弁２３により選択されて、メインポンプ９のレギュレータ１２に入力される。而して、メインポンプ９の吐出流量は、増圧シリンダ１７からの合流量分だけ低減した流量となるように制御されることになる。
【００５８】
つまり、ブーム５の上昇時には、アキュムレータ３５の蓄圧油が増圧シリンダ１７のヘッド側油室１７ａに供給され、これにより増圧シリンダ１７のロッド側油室１７ｂの圧油が増圧される。そして、該増圧シリンダ１７により増圧された圧油は、合流油路４８を経由して圧油供給油路１５に供給されてメインポンプ９の吐出油と合流し、ブームシリンダ用コントロールバルブ１６を介してブームシリンダ８のヘッド側室８ａに供給される。さらにこのとき、メインポンプ９の吐出流量は、増圧シリンダ１７からの合流量分低減した流量となるように制御される。而して、ブーム５の下降時にアキュムレータ３５および増圧シリンダ１７のロッド側油室１７ｂに回収された位置エネルギーをブーム５の上昇時に再利用できると共に、その分メインポンプ９の吐出流量を低減することができるようになっている。
【００５９】
さらに、ブーム５の上昇時に、増圧シリンダ１７のロッド側油室１７ｂから出力された圧油の一部は、増圧シリンダロッド側制御バルブ４４および増圧シリンダヘッド側制御バルブ４３を経由して、増圧シリンダ１７のヘッド側油室１７ａに還流される。この場合、増圧シリンダロッド側制御バルブ４４は、増圧シリンダ１７のロッド側油室１７ｂの圧力Ｐｂとメインポンプ９の吐出圧Ｐｐとの差圧（Ｐｂ−Ｐｐ）が大きくなるほど開口面積が大きくなるように制御される。而して、増圧シリンダ１７のロッド側油室１７ｂの圧力Ｐｂとメインポンプ９の吐出圧Ｐｐの差圧が小さくなって、増圧シリンダ１７から出力される圧油が合流バルブ４９を通過する際の圧力損失を低減できると共に、アキュムレータ３５から増圧シリンダ１７のヘッド側油室１７ａへの供給流量が前記還流分減少することになって、アキュムレータ３５の蓄圧油の消費を抑えることができるようになっている。
【００６０】
叙述の如く構成された本形態において、油圧ショベル１の油圧制御システムは、ブームシリンダ８および他の油圧アクチュエータの油圧供給源になるメインポンプ９と、作業部４の下降時にブームシリンダ８のヘッド側油室８ａから排出される油を蓄圧するアキュムレータ３５と、該アキュムレータ３５の蓄圧油がヘッド側油室１７ａに供給されることでロッド側油室１７ｂの油圧を増圧して出力する増圧シリンダ１７と、該増圧シリンダ１７のヘッド側油室１７ａへの油供給を制御する増圧シリンダヘッド側制御バルブ４３と、増圧シリンダ１７のロッド側油室１７ｂから出力される圧油をメインポンプ９の吐出油に合流させる合流油路４８と、該増圧シリンダ１７のロッド側油室１７ｂからメインポンプ９の吐出油への合流を制御する合流バルブ４９と、増圧シリンダ１７のロッド側油室１７ｂから出力される圧油をヘッド側油室１７ａに還流させる増圧シリンダ還流油路（増圧シリンダロッド側油路４１、ロッド側連結油路４２、ヘッド側連結油路４０、増圧シリンダヘッド側油路３９）と、該増圧シリンダ１７のロッド側油室１７ｂからヘッド側油室１７ａへの還流を制御する増圧シリンダロッド側制御バルブ４４とを備えて構成されている。
【００６１】
そして、ブーム５の下降時にブームシリンダ８のヘッド側油室８ａから排出される油は、作業部４の有する位置エネルギーによって高圧になっているが、該位置エネルギーはアキュムレータ３５の蓄圧油として回収される一方、該アキュムレータ３５に蓄積された圧力は増圧シリンダ１７により増圧されて、ブーム５の上昇時にメインポンプ９の吐出油に合流してブームシリンダ８のヘッド側油室８ａに供給されることになる。この結果、ブーム５の下降時に回収された位置エネルギーをブーム５の上昇時に再利用できることになって、省エネルギー化に大きく貢献できることになるが、この場合、アキュムレータ３５に蓄圧された圧力は増圧シリンダ１７により増圧されることになるから、高負荷作業時にも対応できる高圧の圧油を、メインポンプ９の吐出油に合流させることができることになる。しかも、増圧シリンダ１７を用いて増圧しているから、エンジン動力で駆動するポンプを用いて増圧する場合のように、エンジンからポンプへの動力伝達経路におけるトルク低下やポンプ自体の慣性質量などによる空転トルクの損失等がなく、回収したエネルギーを可及的に損失の少ない状態で利用できると共に、コスト的にも有利となる。
【００６２】
さらにこのものでは、増圧シリンダ１７からメインポンプ９の吐出油への合流時に、増圧シリンダロッド側制御バルブ４４を開くことによって、増圧シリンダ１７のロッド側油室１７ｂから出力された圧油の一部が還流油路を経由してヘッド側油室１７ａに還流されることになる。これにより、増圧シリンダ１７のロッド側油室１７ｂの圧力Ｐｂとメインポンプ９の吐出圧Ｐｐとの差圧（Ｐｂ−Ｐｐ）が小さくなって、増圧シリンダ１７から出力された圧油が合流バルブ４９を通過する際の圧力損失を低減させることができ、而して、合流バルブ４９の圧力損失によるエネルギー損失を抑えることができる。さらに、前記還流分、アキュムレータ３５から増圧シリンダ１７のヘッド側油室１７ａへの供給流量を減少させることができることになって、アキュムレータ３５の蓄圧油の消費を抑えることができ、この点においても省エネルギー化を達成できる。
【００６３】
しかも、前記増圧シリンダロッド側制御バルブ４４は、増圧シリンダ１７のロッド側油室１７ｂの圧力Ｐｂとメインポンプ９の吐出圧Ｐｐとの差圧（Ｐｂ−Ｐｐ）が大きいほど、増圧シリンダ１７のロッド側油室１７ｂからヘッド側油室１７ａへの還流流量が多くなるように制御されることになるから、合流バルブ４９の通過時における圧力損失をできるだけ低減させるべく、前記差圧に応じた適切な還流流量制御を行えることになる。
【００６４】
またこのものにおいて、ブーム５の下降時にブームシリンダ８のヘッド側油室８ａから排出された油は、回収油路２８を経由して、アキュムレータ３５に蓄圧されると共に、増圧シリンダ１７のロッド側油室１７ｂに供給されることになる。而して、増圧シリンダ１７の出力側油室であるロッド側油室１７ｂへの圧油供給を、別途圧油供給手段を設けることなく、ブーム５の下降時にブームシリンダ８のヘッド側油室８ａからの排出油を用いて行なえることになって、システムの簡略化に寄与できると共に、ここにおいても、作業部４の位置エネルギーを回収できることになるが、この場合に、前記回収油路２８から増圧シリンダ１７のロッド側油室１７ｂへの油供給の制御は、前記増圧シリンダロッド側制御バルブ４４によって行なわれることになる。而して、増圧シリンダロッド側制御バルブ４４は、回収油路２８から増圧シリンダ１７のロッド側油室１７ｂへの油供給の制御と、増圧シリンダ１７のロッド側油室１７ｂからヘッド側油室１７ａへの還流制御との二つの機能を有することになり、もって、部材の兼用化が図れて、コストダウンに寄与できる。
【００６５】
尚、本発明は上記実施の形態に限定されないことは勿論であって、上記実施の形態では、増圧シリンダ１７により増圧された圧油を、ブーム５の上昇時にブームシリンダ８のヘッド側油室８ａに供給する構成になっているが、これに限定されることなく、増圧シリンダ１７により増圧された圧油を、作業機械に設けられる他の複数の油圧アクチュエータ（作業機械が油圧ショベルの場合には、走行モータ、旋回モータ、アームシリンダ、バケットシリンダ等）への供給圧油として用いることもできる。この場合には、作業部の下降時に回収された位置エネルギーを、他の油圧アクチュエータの動作にも利用できることになる。
さらに、本発明は、油圧ショベルだけでなく、作業部を昇降せしめる昇降用油圧シリンダが設けられた各種作業機械の油圧制御システムに実施することができる。
また、図２の回路図では、複数の油圧アクチュエータに圧油供給する油圧ポンプとして一つのメインポンプを示したが、二つ以上のメインポンプが設けられていても良いことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】油圧ショベルの側面図である。
【図２】油圧制御システムの回路図である。
【図３】コントローラの入出力を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００６７】
４ 作業部
８ ブームシリンダ
８ａ ヘッド側油室
９ メインポンプ
１５ 圧油供給油路
１７ 増圧シリンダ
１７ａ ヘッド側油室
１７ｂ ロッド側油室
２８ 回収油路
２９ 回収バルブ
３５ アキュムレータ
３９ 増圧シリンダヘッド側油路
４０ ヘッド側連結油路
４１ 増圧シリンダロッド側油路
４２ ロッド側連結油路
４３ 増圧シリンダヘッド側制御バルブ
４４ 増圧シリンダロッド側制御バルブ
４８ 合流油路
４９ 合流バルブ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、昇降する作業部を備えた作業機械において、作業部の有する位置エネルギーを回収、再利用することができる作業機械における油圧制御システムの技術分野に属するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、油圧ショベルやクレーン等の作業機械は、昇降自在な作業部を備えると共に、該作業部の昇降は、油圧ポンプから圧油供給される昇降用油圧シリンダの伸縮作動に基づいて行うように構成されているが、このものにおいて、従来、作業部の下降時に昇降用油圧シリンダの重量保持側油室から油タンクに排出される油は、作業部の自重による急激な落下を防止するため、昇降用油圧シリンダの油供給排出制御を行うコントロールバルブに設けられた絞りによってメータアウト制御されるように構成されている。つまり、地面より上方に位置している作業部は位置エネルギーを有しているが、該位置エネルギーは、前記コントロールバルブの絞りを通過するときに熱エネルギーに変換され、さらに該熱エネルギーはオイルクーラーによって大気中に放出されることになって、無駄なエネルギー損失となる。
そこで、作業部の有する位置エネルギーを回収、再利用するために、従来設けられている昇降用油圧シリンダに加えてアシストシリンダを設け、作業部の下降時に、アシストシリンダの重量保持側油室から排出される油をアキュムレータに蓄圧すると共に、作業部の上昇時に、アキュムレータに蓄圧された圧油をアシストシリンダの重量保持側油室に供給するようにした技術が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
しかるに、前記特許文献１のものは、作業部の下降時に、アシストシリンダからの排出油はアキュムレータに蓄圧されるものの、作業部を昇降するために従来から設けられている昇降用油圧シリンダからの排出油は、コントロールバルブを経由して油タンクに排出されるようになっており、作業機の有する位置エネルギーのうちの一部しか回収されていないことになる。しかも、作業部の上昇時にアキュムレータに充分に蓄圧されていない場合には、油圧ポンプからコントロールバルブを介して昇降用油圧シリンダに供給される圧油の一部が、アシストシリンダに供給されると共にアキュムレータ蓄圧用に用いられるように構成されているため、作業部の上昇速度が遅くなって、作業効率が低下するという問題がある。
これに対し、アシストシリンダを設けることなく、作業部の下降時に昇降用油圧シリンダから排出された油をアキュムレータに蓄圧すると共に、作業部の上昇時に該アキュムレータに蓄圧された圧油を昇降用油圧シリンダに供給するように構成すれば、作業機の有する位置エネルギーを確実に回収できることになるが、この場合、アキュムレータの蓄圧油の圧力では、高負荷作業時に作業部を上昇させるべく昇降用油圧シリンダに供給される圧油の圧力としては不足する場合がある。そこでアキュムレータの蓄圧油を、エンジン動力で駆動する専用のポンプで高圧にして、昇降用油圧シリンダに供給することが提唱されている（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特許第２５８２３１０号公報
【特許文献２】特開２００８−１４４６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかるに、特許文献２のものでは、アキュムレータの蓄圧油を高圧にするための専用のポンプや、該ポンプにエンジン動力を伝達するための動力伝達機器（ギア装置等）が必要になって、コストアップの要因となるうえ、動力伝達機器におけるトルク低下や、ポンプ自体の慣性質量などによる空転トルク等のエネルギー損失の問題があって、更なる省エネルギー化が求められ、ここに本発明が解決しようとする課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、上記の如き実情に鑑みこれらの課題を解決することを目的として創作されたものであって、請求項１の発明は、作業部を昇降せしめる昇降用油圧シリンダを備えた作業機械において、該作業機械の油圧制御システムは、前記昇降用油圧シリンダの油圧供給源になる油圧ポンプと、作業部の下降時に昇降用油圧シリンダの重量保持側油室から排出される油を蓄圧するアキュムレータと、該アキュムレータの蓄圧油が入力側油室に供給されることで出力側油室の油圧を増圧して出力する増圧シリンダと、該増圧シリンダの入力側油室への油供給を制御する増圧シリンダ入力側油室用制御バルブと、増圧シリンダの出力側油室から出力される圧油を油圧ポンプの吐出油に合流させる合流油路と、該増圧シリンダの出力側油室から油圧ポンプの吐出油への合流を制御する合流バルブと、増圧シリンダの出力側油室から出力される圧油を入力側油室に還流させる増圧シリンダ還流油路と、該増圧シリンダの出力側油室から入力側油室への還流を制御する増圧シリンダ出力側油室用制御バルブとを備えて構成されることを特徴とする作業機械における油圧制御システムである。
請求項２の発明は、増圧シリンダ出力側油室用制御バルブは、増圧シリンダの出力側油室の圧力と油圧ポンプの吐出圧との差圧が大きいほど、増圧シリンダの出力側油室から入力側油室への還流流量が多くなるように制御されることを特徴とする請求項１に記載の作業機械における油圧制御システムである。
請求項３の発明は、油圧制御システムは、さらに、作業部の下降時に昇降用油圧シリンダの重量保持側油室から排出される油を、アキュムレータおよび増圧シリンダの出力側油室に供給する回収油路を備えると共に、前記増圧シリンダ出力側油室用制御バルブは、前記回収油路から増圧シリンダの出力側油室への油供給の制御を行なう構成であることを特徴とする請求項１または２に記載の作業機械における油圧制御システムである。
【発明の効果】
【０００５】
請求項１の発明とすることにより、作業部の下降時に、昇降用油圧シリンダの重量保持側油室から排出された油がアキュムレータに蓄圧される一方、増圧シリンダは、前記アキュムレータの蓄圧油が入力側油室に供給されることで出力側油室から増圧された圧油を出力し、そして該増圧シリンダにより増圧された圧油は、油圧ポンプの吐出油に合流されることになる。而して、作業部の下降時に回収された位置エネルギーを再利用できることになって、省エネルギー化に大きく貢献できると共に、増圧シリンダにより増圧することで、高負荷作業時にも対応できる高圧の圧油を供給できることになる。しかも、エンジン動力で駆動するポンプを用いて増圧する場合のように、エンジンからポンプへの動力伝達経路におけるトルク低下やポンプ自体の慣性質量などによる空転トルクの損失等がなく、回収したエネルギーを可及的に損失の少ない状態で利用できると共に、コスト的にも有利となる。さらに、増圧シリンダから油圧ポンプの吐出油への合流時に、増圧シリンダの出力側油室から出力された圧油の一部を還流油路を経由して入力側油室に還流させることができ、而して、増圧シリンダの出力側油室の圧力とメインポンプの吐出圧との差圧を小さくできて、増圧シリンダから出力された圧油が合流バルブを通過する際の圧力損失を低減させることができる。さらに、前記還流分、アキュムレータから増圧シリンダの入力側油室への供給流量を減少させることができて、アキュムレータの蓄圧油の消費を抑えることができ、この点でも省エネルギー化を達成できる。
請求項２の発明とすることにより、合流バルブの通過時における圧力損失をできるだけ低減させるべく、増圧シリンダの出力側油室の圧力と油圧ポンプの吐出圧との差圧に応じた適切な還流流量制御を行えることになる。
請求項３の発明とすることにより、増圧シリンダ出力側油室用制御バルブは、増圧シリンダの出力側油室から入力側油室への還流の制御と、回収油路から増圧シリンダの出力側油室への油供給の制御との二つの機能を有することになり、もって、部材の兼用化が図れて、コストダウンに寄与できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
次に、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。図１において、１は作業機械の一例である油圧ショベルであって、該油圧ショベル１は、クローラ式の下部走行体２、該下部走行体２の上方に旋回自在に支持される上部旋回体３、該上部旋回体３のフロントに装着される作業部４等の各部から構成され、さらに該作業部４は、基端部が上部旋回体３に上下揺動自在に支持されるブーム５、該ブーム５の先端部に前後揺動自在に支持されるアーム６、該アーム６の先端部に取付けられるバケット７等から構成されている。
【０００７】
８は前記ブーム５を上下揺動せしめるべく伸縮作動する左右一対のブームシリンダ（本発明の昇降用油圧シリンダに相当する）であって、該ブームシリンダ８は、ヘッド側油室８ａ（本発明の重量保持側油室に相当する）の圧力によって作業部４の重量を保持すると共に、該ヘッド側油室８ａへの圧油供給およびロッド側油室８ｂからの油排出により伸長してブーム５を上昇せしめ、また、ロッド側油室８ｂへの圧油供給およびヘッド側油室８ａからの油排出により縮小してブーム５を下降せしめるように構成されている。そして、該ブーム５の昇降によって作業部４全体が昇降すると共に、ブーム５の上昇に伴い作業部４の有する位置エネルギーが増加するが、該位置エネルギーは、後述する油圧制御システムによってブーム５の下降時に回収される一方、該回収されたエネルギーは、ブーム５の上昇時に利用されるようになっている。
【０００８】
次いで、前記油圧制御システムについて、図２の回路図に基づいて説明するが、これらの図面において、９は油圧ショベル１に搭載のエンジンＥにより駆動される可変容量型のメインポンプ（本発明の油圧ポンプに相当する）、１０はパイロット油圧源となるパイロットポンプ、１１は油タンクである。尚、前記メインポンプ９は、ブームシリンダ８だけでなく、油圧ショベル１に設けられる他の複数の油圧アクチュエータ（図示しないが、走行モータ、旋回モータ、アームシリンダ、バケットシリンダ等）の油圧供給源になる油圧ポンプである。
【０００９】
さらに、１２は前記メインポンプ９の吐出流量制御を行うレギュレータであって、該レギュレータ１２は、メインポンプ出力制御用電磁比例減圧弁１４からの制御信号圧を受けて、エンジン回転数と作業負荷に対応したポンプ出力にするべく作動すると共に、メインポンプ９の吐出圧力を受けて定馬力制御を行う。さらにレギュレータ１２は、ネガティブコントロール信号圧Ｐｎ或いは流量制御信号圧Ｐｃに基づいた流量制御も行うが、該流量制御については後述する。
【００１０】
一方、１５は前記メインポンプ９の吐出側に接続される圧油供給油路であって、該圧油供給油路１５には、ブームシリンダ８に対する油給排制御を行うブームシリンダ用コントロールバルブ１６が接続されている。尚、圧油供給油路１５には、メインポンプ９の吐出油だけでなく、後述するように、増圧シリンダ１７からの圧油も供給されるようになっている。また、圧油供給油路１５には、前記ブームシリンダ用コントロールバルブ１６だけでなく、他の複数の油圧アクチュエータ（走行モータ、旋回モータ、アームシリンダ、バケットシリンダ等）に対する油給排制御をそれぞれ行なう各油圧アクチュエータ用コントロールバルブも接続されるが、図２においては省略する。
【００１１】
前記ブームシリンダ用コントロールバルブ１６は、上昇側、下降側パイロットポート１６ａ、１６ｂを備えたスプール弁で構成されており、そして、両パイロットポート１６ａ、１６ｂにパイロット圧が入力されていない状態では、ブームシリンダ８に対する油給排を行なわない中立位置Ｎに位置しているが、上昇側パイロットポート１６ａにパイロット圧が入力されることによりスプールが移動して、圧油供給油路１５の圧油をブームシリンダヘッド側油路１８を経由してブームシリンダ８のヘッド側油室８ａに供給する一方、ロッド側油室８ｂからブームシリンダロッド側油路１９に排出された油を油タンク１１に流す上昇側位置Ｘに切換わる。また、下降側パイロットポート１６ｂにパイロット圧が入力されることにより、前記上昇側位置Ｘとは反対側にスプールが移動して、圧油供給油路１５の圧油を絞り１６ｃを介してブームシリンダロッド側油路１９からロッド側油室８ｂに供給すると共に、ヘッド側油室８ａからブームシリンダヘッド側油路１８に排出された油の一部を、再生用弁路１６ｄを介してブームシリンダロッド側油路１９からロッド側油室８ｂに供給する下降側位置Ｙに切換るように構成されている。尚、前記ブームシリンダヘッド側油路１８は、ブームシリンダ８のヘッド側油室８ａに油を給排するべくヘッド側油室８ａに接続される油路であり、ブームシリンダロッド側油路１９は、ブームシリンダ８のロッド側油室８ｂに油を給排するべくロッド側油室８ｂに接続される油路である。
【００１２】
ここで、前記下降側位置Ｙのブームシリンダ用コントロールバルブ１６に設けられる再生用弁路１６ｄは、ブームシリンダヘッド側油路１８とブームシリンダロッド側油路１９とを連通する弁路であって、該再生用弁路１６ｄには、ブームシリンダヘッド側油路１８からブームシリンダロッド側油路１９への油の流れは許容するが逆方向の流れは阻止するチェック弁１６ｅと絞り１６ｆとが配されている。而して、ヘッド側油室８ａがロッド側油室８ｂよりも高圧のあいだは、ヘッド側油室８ａから排出される油の一部が上記再生用弁路１６ｄを経由してロッド側油室８ｂに供給されるようになっている。
【００１３】
また、２０、２１は上昇側、下降側電磁比例減圧弁であって、これら各電磁比例減圧弁２０、２１は、後述するコントローラ１３からの励磁信号に基づいて、前記ブームシリンダ用コントロールバルブ１６の上昇側パイロットポート１６ａ、下降側パイロットポート１６ｂにそれぞれパイロット圧を出力するべく作動する。これら上昇側、下降側電磁比例減圧弁２０、２１から出力されるパイロット圧は、ブーム用操作レバー（図示せず）の操作量に応じて増減するように制御されると共に、該パイロット圧の増減に対応してブームシリンダ用コントロールバルブ１６のスプールの移動ストロークが増減するようになっており、これによって、ブームシリンダ用コントロールバルブ１６からブームシリンダ８への給排流量の増減制御がなされるように構成されている。
【００１４】
さらに、前記ブームシリンダ用コントロールバルブ１６には、圧油供給油路１５の圧油をネガティブコントロールバルブ２２を経由して油タンク１１に流すセンタバイパス弁路１６ｇが形成されている。該センタバイパス弁路１６ｇの通過流量は、ブームシリンダ用コントロールバルブ１６が中立位置Ｎのときに最も大きく、スプールの移動ストロークが大きくなるほど小さくなる、つまり、ブーム用操作レバーの操作量が増加するほどセンタバイパス弁路１６ｇの通過流量が減少するように制御されるが、下降側位置Ｙのコントロールバルブ１６のセンタバイパス弁路１６ｇは、スプールが最大ストロークのときも絞り１６ｈを介して開いている。そして、該センタバイパス弁路１６ｇの通過流量は、ネガティブコントロール信号圧Ｐｎとして後述するシャトル弁２３の一方の入力ポート２３ａに出力される。
【００１５】
一方、２４はコントローラ１３からの励磁信号に基づいて流量制御信号圧Ｐｃを出力するメインポンプ流量制御用電磁比例減圧弁であって、該メインポンプ流量制御用電磁比例減圧弁２４から出力された流量制御信号圧Ｐｃは、前記シャトル弁２３の他方の入力ポート２３ｂに入力される。
【００１６】
前記シャトル弁２３は、入力ポート２３ａ、２３ｂから入力されるネガティブコントロール信号圧Ｐｎ、流量制御信号圧Ｐｃのうち高圧側を選択して、前記メインポンプ９のレギュレータ１２に出力する。そして、該レギュレータ１２は、入力された信号圧が高いほどポンプ流量を減少せしめるように、メインポンプ９の流量を制御する。つまり、ネガティブコントロール信号圧Ｐｎとメインポンプ流量制御用電磁比例減圧弁２４から出力される流量制御信号圧Ｐｃとのうち、メインポンプ９の吐出流量を少なくする方の信号圧がシャトル弁２３により選択されてレギュレータ１２に入力され、そして、該レギュレータ１２は、ネガティブコントロール信号圧Ｐｎが入力された場合には、ブーム用操作レバーの操作量の増減に対応してポンプ流量を増減せしめるネガティブコントロール流量制御を行なう一方、流量制御信号圧Ｐｃが入力された場合には、該流量制御信号圧Ｐｃに基づく流量制御を行なうが、この流量制御信号圧Ｐｃについては後述する。
【００１７】
また、２５は前記ブームシリンダヘッド側油路１８に配されるドリフト低減弁、２６はコントローラ１３からの励磁信号に基づいてＯＦＦ位置ＮからＯＮ位置Ｘに切換わるドリフト低減弁用電磁切換弁であって、上記ドリフト低減弁２５は、前記ブームシリンダ用コントロールバルブ１６からブームシリンダ８のヘッド側油室８ａへの油の流れは常時許容するが、逆方向の流れは、ドリフト低減弁用電磁切換弁２６がＯＦＦ位置Ｎのときには阻止し、ＯＮ位置Ｘのときのみ許容するように構成されている。尚、２７はシリンダヘッド側油路１８に接続されるリリーフ弁であって、該リリーフ弁２７によって、ブームシリンダヘッド側油路１８の最高圧力が制限されている。
【００１８】
さらに、２８は前記ブームシリンダ用コントロールバルブ１６とドリフト低減弁２５との間のブームシリンダヘッド側油路１８から分岐形成される回収油路であって、該回収油路２８には、回収バルブ２９が配されていると共に、該回収バルブ２９の下流側で、後述するアキュムレータ油路３０と増圧シリンダ用供給油路３１とに接続されている。さらに、前記回収バルブ２９には、ブームシリンダヘッド側油路１８からアキュムレータ油路３０および増圧シリンダ用供給油路３１への油の流れは許容するが、逆方向の流れは阻止するチェック弁３２が内蔵されている。而して、ブームシリンダ８のヘッド側油室８ａからブームシリンダヘッド側油路１８に排出された油を、回収油路２８を経由して、アキュムレータ油路３０および増圧シリンダ用供給油路３１に供給することができるようになっている。
【００１９】
前記回収バルブ２９は、コントローラ１３からの励磁信号が入力される回収バルブ用電油変換弁３３の作動に基づいてスプールが移動する開閉弁であって、回収バルブ用電油変換弁３３が非励磁の状態では、回収油路２８を閉じる閉位置Ｎに位置しているが、回収バルブ用電油変換弁３３に励磁信号が入力されることによりスプールが移動して、回収油路２８を開く開位置Ｘに切換わるように構成されている。
【００２０】
前記回収バルブ２９の開口面積は、コントローラ１３から回収バルブ用電油変換弁３３に入力される励磁信号の信号値によって増減制御されるようになっており、そして、該回収バルブ２９の開口面積の増減制御によって、ブームシリンダ８のヘッド側油室８ａから排出された油が回収油路２８を経由してアキュムレータ油路３０および増圧シリンダ用供給油路３１に流れる流量の増減制御がなされるように構成されている。
【００２１】
一方、アキュムレータ油路３０は、前記回収油路２８からアキュムレータチェックバルブ３４を経由してアキュムレータ３５に至る油路であって、該アキュムレータ油路３０の最高圧力は、アキュムレータ油路３０に接続されるリリーフ弁３６によって制限されている。尚、本実施の形態において、アキュムレータ３５は、油圧エネルギー蓄積用として最適なブラダ型のものが用いられているが、これに限定されることなく、例えばピストン型のものであっても良い。
【００２２】
前記アキュムレータチェックバルブ３４は、アキュムレータ３５に対する油の給排制御を行なうバルブであって、ポペット弁３７と、コントローラ１３から出力される励磁信号に基づいてＯＦＦ位置ＮからＯＮ位置Ｘに切換わるアキュムレータチェックバルブ用電磁切換弁３８とを用いて構成されている。そして、上記ポペット弁３７は、回収油路２８からアキュムレータ３５への油の流れは、アキュムレータチェックバルブ用電磁切換弁３８がＯＦＦ位置Ｎ、ＯＮ位置Ｘの何れであっても許容するが、アキュムレータ３５から増圧シリンダ用供給油路３１への油の流れは、アキュムレータチェックバルブ用電磁切換弁３８がＯＦＦ位置Ｎに位置しているときには阻止し、ＯＮ位置Ｘに位置しているときのみ許容するように構成されている。尚、回収油路２８からアキュムレータ３５への油の流れは、前述したようにアキュムレータチェックバルブ用電磁切換弁３８がＯＦＦ位置Ｎ、ＯＮ位置Ｘの何れであっても許容されるが、アキュムレータチェックバルブ用電磁切換弁３８がＯＮ位置Ｘに位置している状態では、アキュムレータ油路３０の圧力がポペット弁３７のバネ室３７ａに導入されないため、殆ど圧力損失のない状態で回収油路２８からアキュムレータ油路３０に油を流すことができる。
【００２３】
一方、前記増圧シリンダ用供給油路３１は、増圧シリンダヘッド側油路３９に連結されるヘッド側連結油路４０と、増圧シリンダロッド側油路４１に連結されるロッド側連結油路４２とに分岐されると共に、上記ヘッド側連結油路４０、ロッド側連結油路４２には、それぞれ増圧シリンダヘッド側制御バルブ４３、増圧シリンダロッド側制御バルブ４４が配設されている。ここで、前記増圧シリンダヘッド側油路３９は、増圧シリンダ１７のヘッド側油室１７ａに油を給排するべくヘッド側油室１７ａに接続される油路であり、増圧シリンダロッド側油路４１は、増圧シリンダ１７のロッド側油室１７ｂに油を給排するべくロッド側油室１７ｂに接続される油路である。
【００２４】
前記増圧シリンダヘッド側制御バルブ（本発明の増圧シリンダ入力側油室用制御バルブに相当する）４３は、コントローラ１３からの励磁信号が入力される増圧シリンダヘッド側制御バルブ用電油変換弁４５の作動に基づいてスプールが移動する開閉弁であって、増圧シリンダヘッド側制御バルブ用電油変換弁４５が非励磁の状態では、ヘッド側連結油路４０を閉じる閉位置Ｎに位置しているが、増圧シリンダヘッド側制御バルブ用電油変換弁４５に励磁信号が入力されることによりスプールが移動して、ヘッド側連結油路４０を開く開位置Ｘに切換わるように構成されている。さらに、増圧シリンダヘッド側制御バルブ４３には、増圧シリンダ用供給油路３１から増圧シリンダヘッド側油路３９への油の流れは許容するが、逆方向の流れは阻止するチェック弁４６が内蔵されている。而して、増圧シリンダヘッド側制御バルブ４３が開位置Ｘに切換わることによって、増圧シリンダ用供給油路３１の油を、ヘッド側連結油路４０および増圧シリンダヘッド側油路３９を経由して、増圧シリンダ１７のヘッド側油室１７ａに供給することができるようになっている。
【００２５】
前記増圧シリンダヘッド側制御バルブ４３の開口面積は、コントローラ１３から増圧シリンダヘッド側制御バルブ用電油変換弁４５に入力される励磁信号の信号値によって増減制御されるようになっており、そして該増圧シリンダヘッド側制御バルブ４３の開口面積の増減制御によって、増圧シリンダ１７のヘッド側油室１７ａへの供給流量の増減制御がなされるように構成されている。
【００２６】
一方、前記増圧シリンダロッド側制御バルブ（本発明の増圧シリンダ出力側油室用制御バルブに相当する）４４は、コントローラ１３からの励磁信号が入力される増圧シリンダロッド側制御バルブ用電油変換弁４７の作動に基づいてスプールが移動する開閉弁であって、増圧シリンダロッド側制御バルブ用電油変換弁４７が非励磁の状態では、ロッド側連結油路４２を閉じる閉位置Ｎに位置しているが、増圧シリンダロッド側制御バルブ用電油変換弁４７に励磁信号が入力されることによりスプールが移動して、ロッド側連結油路４２を開く開位置Ｘに切換わるように構成されている。而して、増圧シリンダロッド側制御バルブ４４が開位置Ｘに切換わることによって、増圧シリンダ用供給油路３１の油を、ロッド側連結油路４２および増圧シリンダロッド側油路４１を経由して、増圧シリンダ１７のロッド側油室１７ｂに供給することができるようになっている。さらに、該増圧シリンダロッド側制御バルブ４４および前述の増圧シリンダヘッド側制御バルブ４３が共に開位置Ｘに切換わることによって、増圧シリンダ１７のロッド側油室１７ｂの圧油を、増圧シリンダロッド側油路４１、ロッド側連結油路４２、ヘッド側連結油路４０、増圧シリンダヘッド側油路３９を経由して、増圧シリンダ１７のヘッド側油室１７ａに還流させることができるようになっている。尚、本実施の形態において、本発明の増圧シリンダ還流油路は、前記増圧シリンダロッド側油路４１と、ロッド側連結油路４２と、ヘッド側連結油路４０と、増圧シリンダヘッド側油路３９とにより形成される。
【００２７】
前記増圧シリンダロッド側制御バルブ４４の開口面積は、コントローラ１３から増圧シリンダロッド側制御バルブ用電油変換弁４７に入力される励磁信号の信号値によって増減制御されるようになっており、そして該増圧シリンダロッド側制御バルブ４４の開口面積の増減制御によって、増圧シリンダ１７のロッド側油室１７ｂへの供給流量、或いはロッド側油室１７ｂからヘッド側油室１７ａへの還流流量の増減制御がなされるように構成されている。
【００２８】
ここで、前記増圧シリンダ１７は、ヘッド側油室（本発明の入力側油室に相当する）１７ａに圧油供給されることによって、ロッド側油室（本発明の出力側油室に相当する）１７ｂの油圧をヘッド側室１７ａへの入力圧力よりも増圧して出力するものである。その増圧比は、ピストン１７ｃに作用するロッド側油室１７ｂの受圧面積とヘッド側油室１７ａの受圧面積との比に等しくなるが、ロッド側油室１７ｂからの出力圧力は、高負荷作業時におけるメインポンプ９の吐出圧よりも高くなるように設定されており、これによって、後述するように、ロッド側油室１７ｂから出力された圧油をメインポンプ９の吐出油に合流させることができるようになっている。
【００２９】
一方、４８は前記増圧シリンダロッド側油路４１から分岐されて前記圧油供給油路１５に合流するように形成される合流油路であって、該合流油路４８には、合流バルブ４９が配されている。
【００３０】
前記合流バルブ４９は、コントローラ１３からの励磁信号が入力される合流バルブ用電油変換弁５０の作動に基づいてスプールが移動する開閉弁であって、合流バルブ用電油変換弁５０が非励磁の状態では、合流油路４８を閉じる閉位置Ｎに位置しているが、合流バルブ用電油変換弁５０に励磁信号が入力されることによりスプールが移動して、合流油路４８を開く開位置Ｘに切換わるように構成されている。さらに、該合流バルブ４９には、増圧シリンダロッド側油路４１から圧油供給油路１５への油の流れは許容するが、逆方向の流れは阻止するチェック弁５１が内蔵されている。而して、合流バルブ４９が開位置Ｘに切換わることによって、増圧シリンダ１７のロッド側油室１７ｂの圧油を、増圧シリンダロッド側油路４１および合流油路４８を経由して、圧油供給油路１５に合流させることができるようになっている。
【００３１】
前記合流バルブ４９の開口面積は、コントローラ１３から合流バルブ用電油変換弁５０に入力される励磁信号の信号値によって増減制御されるようになっており、そして、該合流バルブ４９の開口面積の増減制御によって、前記増圧シリンダ１７のロッド側油室１７ｂから合流油路４８を経由して圧油供給油路１５に合流する流量の増減制御がなされるように構成されている。
【００３２】
さらに、５２は前記増圧シリンダヘッド側油路３９から分岐形成されて油タンク１１に至る排出油路であって、該排出油路５２にはアンロード弁５３が配されている。
【００３３】
前記アンロード弁５３は、ポペット弁５４と、コントローラ１３から出力されるＯＮ信号に基づいてＯＦＦ位置ＮからＯＮ位置Ｘに切換わるアンロード弁用電磁切換弁５５とを用いて構成されている。上記ポペット弁５４は、増圧シリンダヘッド側油路３９から油タンク１１への油の流れを、アンロード弁用電磁切換弁５５がＯＮ位置Ｘに位置しているときのみ許容し、ＯＦＦ位置Ｎに位置しているときには阻止するようになっている。而して、上記アンロード弁用電磁切換弁５５をＯＮ位置Ｘに切換えることによって、増圧シリンダ１７のヘッド側油室１７ａの圧油を、増圧シリンダヘッド側油路３９および排出油路５２を経由して油タンク１１に排出することができるようになっている。
【００３４】
一方、前記コントローラ１３は、マイクロコンピュータ等を用いて構成されるものであって、図３のブロック図に示すごとく、ブーム用操作レバーの操作方向および操作量を検出するブーム操作検出手段５６、メインポンプ９の吐出圧を検出するポンプ用圧力センサ５７、増圧シリンダ１７のロッド側油室１７ｂの圧力を検出する増圧シリンダ用圧力センサ５８等からの信号を入力し、これら入力信号に基づいて、前述の上昇側電磁比例減圧弁２０、下降側電磁比例減圧弁２１、メインポンプ流量制御用電磁比例減圧弁２４、ドリフト低減弁用電磁切換弁２６、回収バルブ用電油変換弁３３、アキュムレータチェックバルブ用電磁切換弁３８、増圧シリンダヘッド側制御バルブ用電油変換弁４５、増圧シリンダロッド側制御バルブ用電油変換弁４７、合流バルブ用電油変換弁５０、アンロード弁用電磁切換弁５５等に制御信号を出力する。
【００３５】
次いで、ブーム用操作レバーの操作に基づくコントローラ１３の制御について説明する。
まず、ブーム用操作レバーがブーム下降側、上昇側の何れにも操作されていない場合、コントローラ１３は、上昇側電磁比例減圧弁２０、下降側電磁比例減圧弁２１、メインポンプ流量制御用電磁比例減圧弁２４、ドリフト低減弁用電磁切換弁２６、回収バルブ用電油変換弁３３、アキュムレータチェックバルブ用電磁切換弁３８、増圧シリンダヘッド側制御バルブ用電油変換弁４５、増圧シリンダロッド側制御バルブ用電油変換弁４７、合流バルブ用電油変換弁５０、アンロード弁用電磁切換弁５５の全てが非励磁となるように制御する。
【００３６】
一方、ブーム用操作レバーがブーム下降側に操作された場合、つまりブーム操作検出手段５６からブーム下降側操作の検出信号が入力された場合、コントローラ１３は、下降側電磁比例減圧弁２１に対し、ブームシリンダ用コントロールバルブ１６の下降側パイロットポート１６ｂに、ブーム用操作レバーの操作量に対応したパイロット圧を出力するように励磁信号を出力する。これによりブームシリンダ用コントロールバルブ１６が下降側位置Ｙに切換わり、而して、圧油供給油路１５の圧油が、前記下降側位置Ｙのブームシリンダ用コントロールバルブ１６の絞り１６ｃを経由してブームシリンダ８のロッド側油室８ｂに供給されると共に、ヘッド側油室８ａからの排出油の一部が、再生用弁路１６ｄを介してロッド側油室８ｂに供給されるが、その流量は、ブーム用操作レバーの操作量に応じて要求される流量となるように制御される。尚、後述するように、ブーム用操作レバーがブーム下降側に操作された場合、圧油供給油１５にはメインポンプ９の吐出油のみが供給されるようになっている。
【００３７】
さらに、ブーム下降側に操作された場合、コントローラ１３は、メインポンプ流量制御用電磁比例減圧弁２４に対して励磁信号を出力しない。これにより、メインポンプ流量制御用電磁比例減圧弁２４からシャトル弁２３の他方のポート２３ａに入力される圧力はタンク圧となり、而して、シャトル弁２３によりネガティブコントロール信号圧Ｐｎが選択されて、メインポンプ９のレギュレータ１２に入力される。これによりメインポンプ９の吐出流量は、ブーム用操作レバーの操作量の増減に対応してメインポンプ９の流量が増減するネガティブコントロール流量制御が行なわれるが、前述したように、下降側位置Ｙのブームシリンダ用コントロールバルブ１６のセンタバイパス弁路１６ｇは、スプールが最大ストロークのとき絞り１６ｈを介して開いており、これにより、ブーム用操作レバーの操作量が最大のときでもメインポンプ９の吐出流量は最大流量よりも少なくなるように制御される。
【００３８】
さらに、ブーム下降側に操作された場合、コントローラ１３は、ドリフト低減弁用電磁切換弁２６に対し、ＯＮ位置Ｘに切換わるよう励磁信号を出力する。これにより、ドリフト低減弁２５は、ブームシリンダ８のヘッド側油室８ａからの油排出を許容する状態になる。
【００３９】
さらに、ブーム下降側に操作された場合、コントローラ１３は、回収バルブ用電油変換弁３３に対し、ブーム操作レバーの操作量に対応した信号値の励磁信号を出力する。これにより回収バルブ２９が回収油路２８を開く開位置Ｘに切換わり、而して、ブームシリンダ８のヘッド側油室８ａから排出された油が、回収油路２８を経由してアキュムレータ油路３０および増圧シリンダ用供給油路３１に流れるが、該回収油路２８の流量は、ブーム用操作レバーの操作量に応じて要求される流量となるように制御される。尚、ヘッド側油室８ａからの排出油の一部は、前述したように、下降側位置Ｙの第一コントロールバルブ１６を経由してロッド側油室８ｂに供給される。
【００４０】
さらにこのとき、コントローラ１３は、アキュムレータチェックバルブ用電磁切換弁３８に対し、ＯＮ位置Ｘに切換るよう励磁信号を出力する。これにより、殆ど圧力損失のない状態で回収油路２８からアキュムレータ油路３０に油が供給され、そして該アキュムレータ油路３０に供給された油がアキュムレータ３５に蓄圧される。
【００４１】
さらに、ブーム下降側に操作された場合、コントローラ１３は、増圧シリンダロッド側制御バルブ用電油変換弁４７に対し、ブーム用操作レバーの操作量に対応した信号値の励磁信号を出力する。これにより増圧シリンダロッド側制御バルブ４４がロッド側連結油路４２を開く開位置Ｘに切換わり、而して、前記回収油路２８から増圧シリンダ用供給油路３１に流れた油が、ロッド側連結油路４２および増圧シリンダロッド側油路４１を経由して、増圧シリンダ１７のロッド側油室１７ｂに供給される。
【００４２】
さらにこのとき、コントローラ１３は、アンロード弁用電磁切換弁５５に対し、ＯＮ位置Ｘに切換るよう励磁信号を出力する。これによりアンロード弁５３は、増圧シリンダ１７のヘッド側油室１７ａから油タンク１１への油の流れを許容する状態になる。これにより、ヘッド側油室１７ａの圧力が低下して、前述したロッド側油室１７ｂへの油供給を殆ど抵抗のない状態で行なえるようになっている。
【００４３】
さらにこのとき、コントローラ１３は、増圧シリンダヘッド側制御バルブ用電油変換弁４５に対して励磁指令を出力しない。これにより、増圧シリンダヘッド側制御バルブ４３はヘッド側連結油路４０を閉じる閉位置Ｎに位置しており、而して、前記回収油路２８を経由して増圧シリンダ用供給油路３１に流れた油が、ヘッド側連結油路４０を経由して増圧シリンダ１７のヘッド側油室１７ａに流れてしまうことがないようになっている。
【００４４】
さらに、ブーム下降側に操作された場合、コントローラ１３は、合流バルブ用電油変換弁５０に対して励磁信号を出力しない。これにより合流バルブ４９は、合流油路４８を閉じる閉位置Ｎに位置しており、而して、合流油路４８から圧油供給油路１５に圧油供給されることなく、圧油供給油路１５にはメインポンプ９の吐出油のみが供給されるようになっている。
【００４５】
つまり、ブーム５の下降時に、ブームシリンダ８のヘッド側油室８ａから排出される油は、作業部４の有する位置エネルギーにより高圧となっていると共に、ピストン８ｃに作用する受圧面積の関係からロッド側油室８ｂへの供給量に対して略２倍の排出量となるが、該ヘッド側油室８ａからの排出油は、回収油路２８を経由してアキュムレータ油路３０および増圧シリンダ用供給油路３１に流れる。そして、アキュムレータ油路３０に流れた圧油はアキュムレータ３５に蓄圧される一方、増圧シリンダ用供給油路３１に流れた油は、増圧シリンダ１７のロッド側油室１７ｂに供給されることになる。また、ヘッド側油室８ａからの排出油の一部は、前述したようにブームシリンダ用コントロールバルブ１６の再生用弁路１６ｄを経由してロッド側油室８ｂに供給されることになる。而して、作業部４の有する位置エネルギーを、無駄にすることなく回収、再利用できるようになっている。
【００４６】
次に、ブーム用操作レバーがブーム上昇側に操作された場合、つまり、ブーム操作検出手段５６からブーム上昇側操作の検出信号が入力された場合のコントローラ１３の制御について説明する。
【００４７】
ブーム上昇側に操作された場合、コントローラ１３は、ドリフト低減弁用電磁切換弁２６に対して励磁信号を出力しない。これにより、ドリフト低減弁２５は、ブームシリンダ用コントロールバルブ１６からブームシリンダ８のヘッド側油室８ａへの油の流れは許容するが、逆方向の流れは阻止する状態になっている。
【００４８】
さらに、ブーム上昇側に操作された場合、コントローラ１３は、上昇側電磁比例減圧弁２０に対し、ブームシリンダ用コントロールバルブ１６の上降側パイロットポート１６ａに、ブーム用操作レバーの操作量に対応したパイロット圧を出力するように励磁信号を出力する。これによりブームシリンダ用コントロールバルブ１６が上昇側位置Ｘに切換わり、而して、圧油供給油路１５の圧油が、前記上昇側位置Ｘのブームシリンダ用コントロールバルブ１６を経由してブームシリンダ８のヘッド側油室８ａに供給されると共に、ロッド側油室８ｂからの排出油が油タンク１１に排出される。尚、後述するように、ブーム上昇側に操作された場合、圧油供給油路１５には、メインポンプ９の吐出油だけでなく、増圧シリンダ１７からの圧油も供給されるようになっている。
【００４９】
さらに、ブーム上昇側に操作された場合、コントローラ１３は、回収バルブ用電油変換弁３３に対して励磁信号を出力しない。これにより、回収バルブ２９は回収油路２８を閉じる閉位置Ｎに位置しており、而して、前記上昇側位置Ｘのブームシリンダ用コントロールバルブ１６を経由してブームシリンダヘッド側油路１８に供給された圧油が、回収油路２８を経由してアキュムレータ油路３０や増圧シリンダ用供給油路３１に流れてしまうことなく、ブームシリンダ８のヘッド側油室８ａに供給されるようになっている。
【００５０】
さらに、ブーム上昇側に操作された場合、コントローラ１３は、アキュムレータチェックバルブ用電磁切換弁３８に対し、ＯＮ位置Ｘに切換わるよう励磁信号を出力する。これにより、アキュムレータチェックバルブ３４は、アキュムレータ油路３０から増圧シリンダ用供給油路３１への油の流れを許容する状態になる。而して、アキュムレータ３５に蓄圧された圧油が増圧シリンダ用供給油路３１に供給される。
【００５１】
さらに、ブーム上昇側に操作された場合、コントローラ１３は、増圧シリンダヘッド側制御バルブ用電油変換弁４５に対し、ブーム用操作レバーの操作量に対応した信号値の励磁信号を出力する。これにより増圧シリンダヘッド側制御バルブ４３がヘッド側連結油路４０を開く開位置Ｘに切換わり、而して、前記増圧シリンダ用供給油路３１に供給されたアキュムレータ３５の蓄圧油が、ヘッド側連結油路４０および増圧シリンダヘット側油路３９を経由して増圧シリンダ１７のヘッド側油室１７ａに供給される。
【００５２】
さらにこのとき、コントローラ１３は、アンロード弁用電磁切換弁５５に対して励磁信号を出力しない。これによりアンロード弁５３は、増圧シリンダ１７のヘッド側油室１７ａから油タンク１１への油の流れを阻止する状態になっており、而して、前記開位置Ｘの増圧シリンダヘッド側制御バルブ４３を経由したアキュムレータ３５の蓄圧油は、油タンク１１に流れることなく、増圧シリンダ１７のヘッド側油室１７ａに供給されるようになっている。
【００５３】
前記増圧シリンダ１７は、アキュムレータ３５の蓄圧油がヘッド側油室１７ａに供給されることによって、ロッド側油室１７ｂの油圧を増圧して増圧シリンダロッド側油路４１に出力する。
【００５４】
さらに、ブーム上昇側に操作された場合、コントローラ１３は、合流バルブ用電油変換弁５０に対し、ブーム操作レバーの操作量に対応した信号値の励磁信号を出力する。これにより合流バルブ４９が合流油路４８を開く開位置Ｘに切換わり、而して、前記増圧シリンダ１７のロッド側油室１７ｂから増圧シリンダロッド側油路４１に出力された圧油が、合流油路４８を経由して圧油供給油路１５に供給される。そして、該圧油供給油路１５に供給された増圧シリンダ１７からの圧油は、メインポンプ９の吐出油と合流して、前述したように、上昇側位置Ｘのブームシリンダ用コントロールバルブ１６を経由してブームシリンダ８のヘッド側油室８ａに供給される。
【００５５】
さらに、ブーム上昇側に操作された場合、コントローラ１３は、増圧シリンダ用圧力センサ５８から入力される増圧シリンダロッド側油室１７ｂの圧力Ｐｂとポンプ用圧力センサ５７から入力されるメインポンプ９の吐出圧Ｐｐとの差圧（Ｐｂ−Ｐｐ）に応じて、増圧シリンダロッド側制御バルブ用電油変換弁４７に対して励磁信号を出力する。これにより、増圧シリンダロッド側制御バルブ４４は、ロッド側連結油路４２を開く開位置Ｘに切換わるが、ブーム上昇側に操作された場合には、前述したように、増圧シリンダヘッド側制御バルブ４３もヘッド側連結油路４０を開く開位置Ｘに切換わっている。而して、増圧シリンダ１７のロッド側油室１７ｂから増圧シリンダロッド側油路４１に出力された圧油は、前述したように合流油路４８を経由してメインポンプ９の吐出油に合流する一方で、ロッド側連結油路４２、ヘッド側連結油路４０、増圧シリンダヘッド側油路３９を経由して、増圧シリンダ１７のヘッド側油室１７ａに還流されるようにようになっている。この場合、増圧シリンダロッド側制御バルブ４４は、増圧シリンダロッド側油室１７ｂの圧力Ｐｂとメインポンプ９の吐出圧Ｐｐとの差圧（Ｐｂ−Ｐｐ）が大きいほど、開口面積が大きくなるように制御される。つまり、増圧シリンダ１７のロッド側油室１７ｂからヘッド側油室１７ａへの還流流量は、増圧シリンダロッド側油室１７ｂの圧力Ｐｂとメインポンプ９の吐出圧Ｐｐとの差圧が大きくなるほど多くなるように制御される。
【００５６】
さらに、ブーム上昇側に操作された場合、コントローラ１３は、メインポンプ流量制御用電磁比例減圧弁２４に対して、流量制御信号圧Ｐｃを出力するように制御信号を出力する。この場合、コントローラ１３は、増圧シリンダ用圧力センサ５８から入力される増圧シリンダロッド側油室１７ｂの圧力Ｐｂとポンプ用圧力センサ５７から入力されるメインポンプ９の吐出圧Ｐｐとの差圧（Ｐｂ−Ｐｐ）、および合流バルブ用電油変換弁５０への制御信号から求められる合流バルブ４９の開口面積によって、増圧シリンダ１７から圧油供給油路１５への合流量を演算する。そして、メインポンプ９の吐出流量を、ブーム用操作レバーの操作量によって要求されるポンプ流量から、前記増圧シリンダ１７からの合流量分を減じた流量にするべく、コントローラ１３からメインポンプ流量制御用電磁比例減圧弁２４に対して流量制御信号圧Ｐｃが出力される。
【００５７】
前記メインポンプ流量制御用電磁比例減圧弁２４から出力された流量制御信号圧Ｐｃは、シャトル弁２３の他方の入力ポート２３ｂに入力される。一方、シャトル弁２３の一方の入力ポート２３ａにはネガティブコントロール信号圧Ｐｎが入力されるが、増圧シリンダ１７からの圧油が圧油供給油路１５に合流している状態では、流量制御信号圧Ｐｃの方がネガティブコントロール信号圧Ｐｎよりもポンプ流量を少なくする信号圧、つまり、流量制御信号圧Ｐｃの方がネガティブコントロール信号圧Ｐｎよりも高圧になるから、該流量制御信号圧Ｐｃがシャトル弁２３により選択されて、メインポンプ９のレギュレータ１２に入力される。而して、メインポンプ９の吐出流量は、増圧シリンダ１７からの合流量分だけ低減した流量となるように制御されることになる。
【００５８】
つまり、ブーム５の上昇時には、アキュムレータ３５の蓄圧油が増圧シリンダ１７のヘッド側油室１７ａに供給され、これにより増圧シリンダ１７のロッド側油室１７ｂの圧油が増圧される。そして、該増圧シリンダ１７により増圧された圧油は、合流油路４８を経由して圧油供給油路１５に供給されてメインポンプ９の吐出油と合流し、ブームシリンダ用コントロールバルブ１６を介してブームシリンダ８のヘッド側室８ａに供給される。さらにこのとき、メインポンプ９の吐出流量は、増圧シリンダ１７からの合流量分低減した流量となるように制御される。而して、ブーム５の下降時にアキュムレータ３５および増圧シリンダ１７のロッド側油室１７ｂに回収された位置エネルギーをブーム５の上昇時に再利用できると共に、その分メインポンプ９の吐出流量を低減することができるようになっている。
【００５９】
さらに、ブーム５の上昇時に、増圧シリンダ１７のロッド側油室１７ｂから出力された圧油の一部は、増圧シリンダロッド側制御バルブ４４および増圧シリンダヘッド側制御バルブ４３を経由して、増圧シリンダ１７のヘッド側油室１７ａに還流される。この場合、増圧シリンダロッド側制御バルブ４４は、増圧シリンダ１７のロッド側油室１７ｂの圧力Ｐｂとメインポンプ９の吐出圧Ｐｐとの差圧（Ｐｂ−Ｐｐ）が大きくなるほど開口面積が大きくなるように制御される。而して、増圧シリンダ１７のロッド側油室１７ｂの圧力Ｐｂとメインポンプ９の吐出圧Ｐｐの差圧が小さくなって、増圧シリンダ１７から出力される圧油が合流バルブ４９を通過する際の圧力損失を低減できると共に、アキュムレータ３５から増圧シリンダ１７のヘッド側油室１７ａへの供給流量が前記還流分減少することになって、アキュムレータ３５の蓄圧油の消費を抑えることができるようになっている。
【００６０】
叙述の如く構成された本形態において、油圧ショベル１の油圧制御システムは、ブームシリンダ８および他の油圧アクチュエータの油圧供給源になるメインポンプ９と、作業部４の下降時にブームシリンダ８のヘッド側油室８ａから排出される油を蓄圧するアキュムレータ３５と、該アキュムレータ３５の蓄圧油がヘッド側油室１７ａに供給されることでロッド側油室１７ｂの油圧を増圧して出力する増圧シリンダ１７と、該増圧シリンダ１７のヘッド側油室１７ａへの油供給を制御する増圧シリンダヘッド側制御バルブ４３と、増圧シリンダ１７のロッド側油室１７ｂから出力される圧油をメインポンプ９の吐出油に合流させる合流油路４８と、該増圧シリンダ１７のロッド側油室１７ｂからメインポンプ９の吐出油への合流を制御する合流バルブ４９と、増圧シリンダ１７のロッド側油室１７ｂから出力される圧油をヘッド側油室１７ａに還流させる増圧シリンダ還流油路（増圧シリンダロッド側油路４１、ロッド側連結油路４２、ヘッド側連結油路４０、増圧シリンダヘッド側油路３９）と、該増圧シリンダ１７のロッド側油室１７ｂからヘッド側油室１７ａへの還流を制御する増圧シリンダロッド側制御バルブ４４とを備えて構成されている。
【００６１】
そして、ブーム５の下降時にブームシリンダ８のヘッド側油室８ａから排出される油は、作業部４の有する位置エネルギーによって高圧になっているが、該位置エネルギーはアキュムレータ３５の蓄圧油として回収される一方、該アキュムレータ３５に蓄積された圧力は増圧シリンダ１７により増圧されて、ブーム５の上昇時にメインポンプ９の吐出油に合流してブームシリンダ８のヘッド側油室８ａに供給されることになる。この結果、ブーム５の下降時に回収された位置エネルギーをブーム５の上昇時に再利用できることになって、省エネルギー化に大きく貢献できることになるが、この場合、アキュムレータ３５に蓄圧された圧力は増圧シリンダ１７により増圧されることになるから、高負荷作業時にも対応できる高圧の圧油を、メインポンプ９の吐出油に合流させることができることになる。しかも、増圧シリンダ１７を用いて増圧しているから、エンジン動力で駆動するポンプを用いて増圧する場合のように、エンジンからポンプへの動力伝達経路におけるトルク低下やポンプ自体の慣性質量などによる空転トルクの損失等がなく、回収したエネルギーを可及的に損失の少ない状態で利用できると共に、コスト的にも有利となる。
【００６２】
さらにこのものでは、増圧シリンダ１７からメインポンプ９の吐出油への合流時に、増圧シリンダロッド側制御バルブ４４を開くことによって、増圧シリンダ１７のロッド側油室１７ｂから出力された圧油の一部が還流油路を経由してヘッド側油室１７ａに還流されることになる。これにより、増圧シリンダ１７のロッド側油室１７ｂの圧力Ｐｂとメインポンプ９の吐出圧Ｐｐとの差圧（Ｐｂ−Ｐｐ）が小さくなって、増圧シリンダ１７から出力された圧油が合流バルブ４９を通過する際の圧力損失を低減させることができ、而して、合流バルブ４９の圧力損失によるエネルギー損失を抑えることができる。さらに、前記還流分、アキュムレータ３５から増圧シリンダ１７のヘッド側油室１７ａへの供給流量を減少させることができることになって、アキュムレータ３５の蓄圧油の消費を抑えることができ、この点においても省エネルギー化を達成できる。
【００６３】
しかも、前記増圧シリンダロッド側制御バルブ４４は、増圧シリンダ１７のロッド側油室１７ｂの圧力Ｐｂとメインポンプ９の吐出圧Ｐｐとの差圧（Ｐｂ−Ｐｐ）が大きいほど、増圧シリンダ１７のロッド側油室１７ｂからヘッド側油室１７ａへの還流流量が多くなるように制御されることになるから、合流バルブ４９の通過時における圧力損失をできるだけ低減させるべく、前記差圧に応じた適切な還流流量制御を行えることになる。
【００６４】
またこのものにおいて、ブーム５の下降時にブームシリンダ８のヘッド側油室８ａから排出された油は、回収油路２８を経由して、アキュムレータ３５に蓄圧されると共に、増圧シリンダ１７のロッド側油室１７ｂに供給されることになる。而して、増圧シリンダ１７の出力側油室であるロッド側油室１７ｂへの圧油供給を、別途圧油供給手段を設けることなく、ブーム５の下降時にブームシリンダ８のヘッド側油室８ａからの排出油を用いて行なえることになって、システムの簡略化に寄与できると共に、ここにおいても、作業部４の位置エネルギーを回収できることになるが、この場合に、前記回収油路２８から増圧シリンダ１７のロッド側油室１７ｂへの油供給の制御は、前記増圧シリンダロッド側制御バルブ４４によって行なわれることになる。而して、増圧シリンダロッド側制御バルブ４４は、回収油路２８から増圧シリンダ１７のロッド側油室１７ｂへの油供給の制御と、増圧シリンダ１７のロッド側油室１７ｂからヘッド側油室１７ａへの還流制御との二つの機能を有することになり、もって、部材の兼用化が図れて、コストダウンに寄与できる。
【００６５】
尚、本発明は上記実施の形態に限定されないことは勿論であって、上記実施の形態では、増圧シリンダ１７により増圧された圧油を、ブーム５の上昇時にブームシリンダ８のヘッド側油室８ａに供給する構成になっているが、これに限定されることなく、増圧シリンダ１７により増圧された圧油を、作業機械に設けられる他の複数の油圧アクチュエータ（作業機械が油圧ショベルの場合には、走行モータ、旋回モータ、アームシリンダ、バケットシリンダ等）への供給圧油として用いることもできる。この場合には、作業部の下降時に回収された位置エネルギーを、他の油圧アクチュエータの動作にも利用できることになる。
さらに、本発明は、油圧ショベルだけでなく、作業部を昇降せしめる昇降用油圧シリンダが設けられた各種作業機械の油圧制御システムに実施することができる。
また、図２の回路図では、複数の油圧アクチュエータに圧油供給する油圧ポンプとして一つのメインポンプを示したが、二つ以上のメインポンプが設けられていても良いことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】油圧ショベルの側面図である。
【図２】油圧制御システムの回路図である。
【図３】コントローラの入出力を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００６７】
４ 作業部
８ ブームシリンダ
８ａ ヘッド側油室
９ メインポンプ
１５ 圧油供給油路
１７ 増圧シリンダ
１７ａ ヘッド側油室
１７ｂ ロッド側油室
２８ 回収油路
２９ 回収バルブ
３５ アキュムレータ
３９ 増圧シリンダヘッド側油路
４０ ヘッド側連結油路
４１ 増圧シリンダロッド側油路
４２ ロッド側連結油路
４３ 増圧シリンダヘッド側制御バルブ
４４ 増圧シリンダロッド側制御バルブ
４８ 合流油路
４９ 合流バルブ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業部を昇降せしめる昇降用油圧シリンダを備えた作業機械において、該作業機械の油圧制御システムは、前記昇降用油圧シリンダの油圧供給源になる油圧ポンプと、作業部の下降時に昇降用油圧シリンダの重量保持側油室から排出される油を蓄圧するアキュムレータと、該アキュムレータの蓄圧油が入力側油室に供給されることで出力側油室の油圧を増圧して出力する増圧シリンダと、該増圧シリンダの入力側油室への油供給を制御する増圧シリンダ入力側油室用制御バルブと、増圧シリンダの出力側油室から出力される圧油を油圧ポンプの吐出油に合流させる合流油路と、該増圧シリンダの出力側油室から油圧ポンプの吐出油への合流を制御する合流バルブと、増圧シリンダの出力側油室から出力される圧油を入力側油室に還流させる増圧シリンダ還流油路と、該増圧シリンダの出力側油室から入力側油室への還流を制御する増圧シリンダ出力側油室用制御バルブとを備えて構成されることを特徴とする作業機械における油圧制御システム。
【請求項２】
増圧シリンダ出力側油室用制御バルブは、増圧シリンダの出力側油室の圧力と油圧ポンプの吐出圧との差圧が大きいほど、増圧シリンダの出力側油室から入力側油室への還流流量が多くなるように制御されることを特徴とする請求項１に記載の作業機械における油圧制御システム。
【請求項３】
油圧制御システムは、さらに、作業部の下降時に昇降用油圧シリンダの重量保持側油室から排出される油を、アキュムレータおよび増圧シリンダの出力側油室に供給する回収油路を備えると共に、前記増圧シリンダ出力側油室用制御バルブは、前記回収油路から増圧シリンダの出力側油室への油供給の制御を行なう構成であることを特徴とする請求項１または２に記載の作業機械における油圧制御システム。
【請求項１】
作業部を昇降せしめる昇降用油圧シリンダを備えた作業機械において、該作業機械の油圧制御システムは、前記昇降用油圧シリンダの油圧供給源になる油圧ポンプと、作業部の下降時に昇降用油圧シリンダの重量保持側油室から排出される油を蓄圧するアキュムレータと、該アキュムレータの蓄圧油が入力側油室に供給されることで出力側油室の油圧を増圧して出力する増圧シリンダと、該増圧シリンダの入力側油室への油供給を制御する増圧シリンダ入力側油室用制御バルブと、増圧シリンダの出力側油室から出力される圧油を油圧ポンプの吐出油に合流させる合流油路と、該増圧シリンダの出力側油室から油圧ポンプの吐出油への合流を制御する合流バルブと、増圧シリンダの出力側油室から出力される圧油を入力側油室に還流させる増圧シリンダ還流油路と、該増圧シリンダの出力側油室から入力側油室への還流を制御する増圧シリンダ出力側油室用制御バルブとを備えて構成されることを特徴とする作業機械における油圧制御システム。
【請求項２】
増圧シリンダ出力側油室用制御バルブは、増圧シリンダの出力側油室の圧力と油圧ポンプの吐出圧との差圧が大きいほど、増圧シリンダの出力側油室から入力側油室への還流流量が多くなるように制御されることを特徴とする請求項１に記載の作業機械における油圧制御システム。
【請求項３】
油圧制御システムは、さらに、作業部の下降時に昇降用油圧シリンダの重量保持側油室から排出される油を、アキュムレータおよび増圧シリンダの出力側油室に供給する回収油路を備えると共に、前記増圧シリンダ出力側油室用制御バルブは、前記回収油路から増圧シリンダの出力側油室への油供給の制御を行なう構成であることを特徴とする請求項１または２に記載の作業機械における油圧制御システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００９−２７０６６０（Ｐ２００９−２７０６６０Ａ）
【公開日】平成２１年１１月１９日（２００９．１１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１２３０４５（Ｐ２００８−１２３０４５）
【出願日】平成２０年５月９日（２００８．５．９）
【出願人】（０００１９０２９７）キャタピラージャパン株式会社 (1,189)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月１９日（２００９．１１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月９日（２００８．５．９）
【出願人】（０００１９０２９７）キャタピラージャパン株式会社 (1,189)
【Ｆターム（参考）】
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