JP2010078035A - 作業機械の油圧シリンダ制御回路 - Google Patents

Abstract

【課題】作業機械の油圧シリンダ制御回路に関し、油圧シリンダの伸縮作動に伴う作動油の再生に際し、油圧シリンダの作動速度を一定に保ちつつ油圧回路の圧力変動を安定化させる。
【解決手段】 油圧シリンダ３８の一方の油室３８ａから他方の油室３８ｂへの作動油再生に係る油圧回路において、一方の油室３８ａ側の負荷圧力を検出する圧力センサ１を設けるとともに、各油室３８ａ，３８ｂ間を接続する再生回路Ｌ２上に電磁比例減圧弁２を設ける。
電磁比例減圧弁２の開度制御において、一方の油室３８ａ側の目標圧力と該負荷圧力との差圧を演算し、差圧が小さいほど開度を絞り、差圧が大きいほど開度を開放する。これにより、一方の油室３８ａの圧力を該目標圧力に収束させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、油圧シリンダの伸縮動作時に流出する作動油を流入側へ供給して再生利用する作業機械の油圧シリンダ制御回路に関する。

油圧ショベルに代表される作業機械の油圧回路には、油圧シリンダの伸縮動作時に流出する作動油を流入側へ供給して再生利用するいわゆる再生回路が設けられたものがある。引用文献１には、ブーム下げ時にブームボトム（ブームヘッド）側からの戻り油をブームロッド側へ再生させる再生油路を備えた油圧回路が記載されている。
この技術では、作動油ポンプから油圧シリンダへの作動油供給路上に介装された方向制御弁（コントロール弁）のブーム下げ位置のセンターバイパス上に可変絞り弁を介装し、その可変絞り弁をブームボトム圧やブームロッド圧に応じて制御している。このような制御により、作動油の再生時における作動油ポンプ側の吐出流量を減少させて燃費を向上させることができるとされている。
特開平１０−８９３１７号公報

ところで、上述のような再生回路では、例えばアーム先端に装着されるアタッチメントを交換すると、油圧シリンダのボトム圧が増減変化する。そのため、たとえ交換前と同じレバー操作を行ったとしても油圧シリンダの作動速度が変化してしまい、操作性も変化することになる。したがって、従来の再生回路で油圧シリンダのレバー操作量と作動速度との対応関係を一定に保つには、アタッチメントの交換時に再生回路の流量特性を変更する必要があり、そのような設定作業が煩雑であるという課題がある。

また、アタッチメントの交換だけでなく、フロント作業機に作用する負荷変動によって油圧シリンダの作動速度が変化してしまうこともある。この場合、作動油の流出側から流入側へ再生される作動油量を一定に保つことにより、油圧シリンダの作動速度を制御することも考えられる。しかしながら、そのような再生回路上の流量制御では、負荷によって与えられる作動油流出側の圧力を制御することができない。したがって、たとえ負荷変動に関わらず油圧シリンダの作動速度を一定にすることができたとしても、油圧シリンダ内の作動油圧の変動を抑制することができない。特に、作動油の流出側の回路圧を他の油圧回路の制御パイロット圧として利用しているような場合には、このような圧力変動によって良好な制御性が得られない場合がある。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたもので、油圧シリンダの伸縮作動に伴う作動油の再生に際し、油圧シリンダの作動速度を一定に保ちつつ油圧回路の圧力変動を安定化させることができるようにした、作業機械の油圧シリンダ制御回路を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１記載の本発明の作業機械の油圧シリンダ制御回路は、油圧ショベルに搭載されコントロール弁によって作動油流量を制御される油圧シリンダ（例えば、ブームシリンダやアームシリンダ）の伸縮時に、該コントロール弁を介することなく一方の油室から排出される作動油を駆動側の他方の油室へ供給して再生させる油圧シリンダ制御回路であって、該一方の油室側の負荷圧力を検出する圧力センサと、該一方の油室と該他方の油室とを接続する再生回路と、該再生回路上に介装され、該油圧シリンダの再生に係る操作（例えば、ブームシリンダに対するブーム下げ操作やアームシリンダに対するアームイン操作）が検出された時に該再生回路を開放するとともに該操作が検出されないときに該再生回路を遮断する切換弁と、該再生回路における該切換弁よりも該他方の油室側に介装され、開度を変更可能に形成された電磁比例減圧弁と、該再生回路における該電磁比例減圧弁よりも該他方の油室側に介装され、パイロット制御により該他方の油室側からの作動油流入を遮断する状態及び該再生回路を開放する状態を切り換えるパイロットチェック弁と、該再生回路における該パイロットチェック弁の下流側と該コントロール弁とを接続する回路上に介装され、パイロット制御により該回路を開放する状態及び該他方の油室側から該コントロール弁側への作動油流出を遮断する状態を切り換えるパイロット切換弁と、該切換弁の二次圧を制御パイロット圧として該パイロットチェック弁及び該パイロット切換弁へと導入するパイロット回路と、該一方の油室側から該他方の油室への作動油の供給時における該一方の油室側の目標圧力としての所定設定圧を設定する所定圧設定手段と、該圧力センサで検出された該負荷圧力と該所定圧設定手段で設定された該所定設定圧との差圧に応じて該電磁比例減圧弁の開度を制御する制御手段とを備えたことを特徴としている。

また、請求項２記載の本発明の作業機械の油圧シリンダ制御回路は、請求項１記載の構成に加え、該制御手段が、該差圧が小さいほど該電磁比例減圧弁の開度を絞り、該差圧が大きいほど該電磁比例減圧弁の開度を開放する制御を実施することを特徴としている。
また、請求項３記載の本発明の作業機械の油圧シリンダ制御回路は、請求項１又は２記載の構成に加え、該コントロール弁のセンターバイパスを介してブリードオフされる作動油を油圧ポンプへと導くネガコン回路と、該センターバイパス上に介装され、該パイロット回路から導入される該制御パイロット圧に応じて該ネガコン回路の作動油圧を制御するパイロット絞り弁とをさらに備えたことを特徴としている。

請求項４記載の本発明の作業機械の油圧シリンダ制御回路は、油圧ショベルに搭載されコントロール弁によって作動油流量を制御される油圧シリンダの伸縮時に、該コントロール弁を介することなく一方の油室から排出される作動油を駆動側の他方の油室へ供給して再生させる油圧シリンダ制御回路であって、該一方の油室側の負荷圧力を検出する圧力センサと、該一方の油室と該他方の油室とを接続する再生回路と、該再生回路上に介装され、開度を変更可能に形成された電磁比例減圧弁と、該一方の油室側から該他方の油室への作動油の供給時における該一方の油室側の目標圧力としての所定設定圧を設定する所定圧設定手段と、該所定圧設定手段で設定された該所定設定圧と該圧力センサで検出された該負荷圧力との差圧を演算する差圧演算手段と、該差圧演算手段で演算された該差圧が小さいほど該電磁比例減圧弁の開度を絞り、該差圧が大きいほど該電磁比例減圧弁の開度を開放する開度制御手段とを備えたことを特徴としている。

本発明の作業機械の油圧シリンダ制御回路（請求項１）によれば、再生回路の流量を調節することにより、油圧シリンダの一方の油室に作用する負荷圧力の大きさを一定値（すなわち予め設定された所定設定圧）に収束させることができ、油圧シリンダの作動速度を適切に制御しながら油圧回路を作動油圧の変動を安定化させることができる。
また、本発明の作業機械の油圧シリンダ制御回路（請求項２）によれば、油圧シリンダに作用する負荷の影響を受けにくい速度制御を実施することが可能になり、例えば作業負荷によって再生中に負荷圧力が変動したとしても、あるいはアタッチメントの交換により定常的に負荷が増減したとしても、油圧シリンダの作動速度を一定にすることができる。

また、本発明の作業機械の油圧シリンダ制御回路（請求項３）によれば、油圧シリンダの縮小操作時に油圧シリンダの一方の油室側の負荷圧力が高い場合には、パイロット絞り弁の開度が開放されてネガコン圧が高く設定されるため、油圧ポンプの吐出流量を減少させることができる。これにより、作動油のエネルギーロスを抑えることができる。
また、油圧ショベルのバケットが接地状態となり油圧シリンダのヘッド圧が低下した場合には、パイロット絞り弁の開度が閉鎖されるため、ネガコン圧が低下し、油圧ポンプから油圧シリンダのロッド側への作動油流量が増加する。したがって、たとえ自重の作用しない状況であっても油圧シリンダを適切な速度で縮小させることができる。

また、本発明の作業機械の油圧シリンダ制御回路（請求項４）によれば、負荷圧力が大きいほど電磁比例減圧弁の開度が開放されるため、一方の油室側の作動油圧を一定にすることが可能となる。またこれにより、作動油の再生時における負荷圧力の変動に関わらず、常に一定速度で油圧シリンダを駆動することができる。

以下、図面により、本発明の実施の形態について説明する。
図１〜図３は、本発明の一実施形態に係る作業機械の油圧シリンダ制御回路を説明するためのものであり、図１は本油圧シリンダ制御回路を搭載した油圧ショベルの全体構成を示す斜視図、図２（ａ），（ｂ）は本油圧シリンダ制御回路の全体構成を示す油圧回路図、図３は本油圧シリンダ制御回路に係るコントローラの制御ブロック図である。

［１．全体構成］
本発明に係る油圧シリンダ制御回路は、図１に示す油圧ショベル３０に適用されている。この油圧ショベル３０は、クローラ式の走行装置を装備した下部走行体３１と、下部走行体３１の上に旋回自在に搭載された上部旋回体３２とを備えて構成される。上部旋回体３２における前方側には、ブーム３５，アーム３６，バケット３７等のフロント作業機３４及びオペレータが搭乗するキャブ４１が設けられている。また、フロント作業機３４及びキャブ４１の後方には、エンジンルーム３３が設けられている。

キャブ４１は、フロント作業機３４を駆動するための操作レバー類や、オペレータが着座するシートが設けられるものである。また、エンジンルーム３３の内部には、油圧ショベル３０の駆動源であるエンジン１２や、エンジン駆動の油圧ポンプ１０，クーリングパッケージ等が配置されている。
上部旋回体３２のフレームとブーム３５との間には、ブーム３５を上下方向へ揺動する油圧駆動式のブームシリンダ３８が介装されている。このブーム３５は、ブームシリンダ３８の伸縮によって上部旋回体３２に対して起伏自在に設けられている。同様に、図１中に示されたアームシリンダ３９，バケットシリンダ４０はそれぞれ、アーム３６，バケット３７の姿勢を動かすための油圧アクチュエータである。

本油圧シリンダ制御回路は、ブームシリンダ３８の縮小時に作動油を再生する回路として設けられている。すなわち、ブーム下げ操作時にブームシリンダ３８のヘッド室３８ａから排出される作動油をロッド室３８ｂへと供給して再生利用する回路である。

［２．回路構成］
図２（ａ），（ｂ）に、本油圧シリンダ制御回路が適用された油圧回路を模式的に示す。この図２（ａ），（ｂ）では、ブームシリンダ３８の駆動に係る油圧回路の概略構成が示されており、他のアクチュエータに係る油圧回路に関しては記載を省略している。

図２（ａ）は、ブーム３５の操作レバー４２とこれに接続されたリモコン弁１３を示すものである。リモコン弁１３にはパイロットポンプ１４及びタンク１５が接続されており、操作レバー４２へ入力された操作量及び操作方向に応じた制御パイロット圧を二次圧として生成する。ブーム下げ操作がなされると下げ側リモコン弁１３ａの下流側となる図２（ａ）中の符号Ａ方向へ制御パイロット圧が伝達され、ブーム上げ操作がなされると上げ側リモコン弁１３ｂの下流側となる図２（ａ）中の符号Ｂ方向へ制御パイロット圧が伝達される。なお、これらの制御パイロット圧は、それぞれ図２（ｂ）中の符号Ａ，Ｂへ伝達されている。

また、図２（ｂ）は、ブームシリンダ３８の駆動に係る回路を示すものである。この回路は、メイン油圧回路Ｌ１，再生回路Ｌ２，パイロット回路Ｌ３及びネガコン回路Ｌ４を備えて構成される。また、再生回路Ｌ２上に介装された電磁比例減圧弁３の開度制御に係る電子制御装置として、コントローラ２０が設けられている。

［２−１．メイン油圧回路］
メイン油圧回路Ｌ１は、ブームシリンダ３８を伸縮駆動する作動油が流通する油圧回路である。このメイン油圧回路Ｌ１上には、図２（ｂ）に示すように、油圧ポンプ１０，コントロール弁８，ブームシリンダ３８及びタンク１５が介装されている。

エンジン１２によって駆動される油圧ポンプ１０は、レギュレータ１１を併設された容量可変型のポンプである。レギュレータ１１は公知のポンプ容量可変手段であり、導入されるネガコン圧が高いほど油圧ポンプ１０の吐出流量を減少させるように、また、ネガコン圧が低いほど吐出流量を増加させるように、油圧ポンプ１０の斜板制御を実施する。
ブームシリンダ３８の内部には、ピストンを介してヘッド室３８ａ及びロッド室３８ｂが形成されている。このピストンにはピストンロッドが固設されており、ピストンロッドの上端がブーム３５に枢支されている。一方、ブームシリンダ３８の下端が上部旋回体３２のフレームに枢支されている。

コントロール弁８は、ブームシリンダ３８に対する作動油の流量及び流通方向を調整する弁であり、流量制御スプール（ステム）位置をＳ１〜Ｓ３の三位置に切り替えて作動油の流量及び流通方向を可変制御できる電磁流量制御弁として構成されている。
例えば、操作レバー４２が何も操作されていない状態ではスプールがＳ２位置に制御されて、作動油がセンターバイパスＬ５を介してタンク１５へ戻るようになっている。一方、ブーム下げ操作がなされると下げ側リモコン弁１３ａの下流に二次圧が生じ、スプールが徐々にＳ１位置に切り換えられて、ブームシリンダ３８のロッド室３８ｂ側へと作動油が供給される。また、ブーム上げ操作がなされると上げ側リモコン弁１３ｂの下流に二次圧が生じ、スプールが徐々にＳ３位置に切り換えられて、ブームシリンダ３８のヘッド室３８ａ側へと作動油が供給される。下げ側リモコン弁１３ａの下流には、圧力センサ１ａ（圧力スイッチ）が介装されている。この圧力センサ１ａは、ブーム下げ操作の有無を検出してその情報をコントローラ２０へ出力している。

メイン油圧回路Ｌ１におけるコントロール弁８とブームシリンダ３８との間の二本の回路Ｌ１ａ，Ｌ１ｂのうち、コントロール弁８とヘッド室３８ａとを接続する回路Ｌ１ａ上には、落下防止弁７が介装されている。
落下防止弁７は、自重によってブーム３５が落下しないようにヘッド室３８ａの作動油を封じ込める逆止弁機構を備えた弁である。図２（ｂ）に示すように、リモコン弁１３における符号Ａ方向への制御パイロット圧が入力されるとその圧力の大きさに応じた開度で回路Ｌ１ａを開放し、制御パイロット圧を受けていない状態ではヘッド室３８ａからコントロール弁８への作動油流通のみを遮断するチェック弁として機能する。これにより、ブーム上げ操作時及びブーム停止時には、ブーム３５の落下を防止している。

この回路Ｌ１ａにおける落下防止弁７の下流側には、再生回路Ｌ２，リリーフ回路Ｌ６及びヘッド室３８ａのそれぞれに通じる分岐点ＢＰが形成されている。リリーフ回路Ｌ６上には、圧力センサ１及びリリーフ弁１６が設けられている。圧力センサ１はシリンダヘッド圧P_H、すなわち、ブームシリンダ３８のヘッド室３８ａ側の作動油圧を検出し、コントローラ２０へ出力している。
また、コントロール弁８とロッド室３８ｂとを接続する回路Ｌ１ｂ上には、パイロット切換弁５が介装されている。このパイロット切換弁５の動作については後述する。

［２−２．ネガコン回路］
コントロール弁８のセンターバイパスＬ５上には、パイロット絞り弁６及びネガコン用リリーフ弁９が介装されており、さらに、これらのパイロット絞り弁６及びネガコン用リリーフ弁９間からネガコン回路Ｌ４が分岐形成されている。

ネガコン用リリーフ弁９は、油圧ポンプ１０のレギュレータ１１でのいわゆるネガコン制御に係るネガコン圧を取り出すためのリリーフ弁であり、センターバイパスＬ５の作動油圧を保持するように機能している。また、パイロット絞り弁６は、パイロット制御によりネガコン回路Ｌ４の作動油圧を変動させるための絞り弁である。図２（ｂ）に示すように、制御パイロット圧の非導入時にはパイロット絞り弁６の開度が予め設定された大きさに絞られた状態となっており、制御パイロット圧を導入されると開度を開放するようになっている。なお、パイロット絞り弁６のパイロットポートには後述するパイロット回路Ｌ３が接続されて、後述する再生回路Ｌ２における切換弁２の下流側の作動油圧が制御パイロット圧として導入されている。

［２−３．再生回路，パイロット回路］
再生回路Ｌ２は、回路Ｌ１ｂ上におけるパイロット切換弁５の下流側（ロッド室３８ｂ側）と分岐点ＢＰとを接続して、ブームシリンダ３８のヘッド室３８ａから流出する作動油をロッド室３８ｂ方向へ供給する回路である。再生回路Ｌ２上には、図２（ｂ）に示すように、切換弁２，電磁比例減圧弁３及びパイロットチェック弁４が介装されている。

切換弁２は、再生回路Ｌ２を介した作動油の再生方向への流量を制御する弁である。図２（ｂ）に示すように、リモコン弁１３の二次圧を制御パイロット圧として入力されるとその圧力の大きさに応じた開度で回路を開放し、制御パイロット圧を受けていない状態ではヘッド室３８ａからロッド室３８ｂへの作動油流通のみを遮断するチェック弁として機能する。これにより、ブーム下げ操作時には、操作量が大きいほど再生流量を増加させることが可能となっている。

再生回路Ｌ２上における切換弁２の下流側からは、パイロット回路Ｌ３が分岐形成されている。このパイロット回路Ｌ３は、パイロットチェック弁４，パイロット切換弁５及びパイロット絞り弁６へ制御用パイロット圧を導入するための回路である。なお、パイロット回路Ｌ３は、再生回路Ｌ２を介した作動油の再生がなされているか否かを示すフラグの伝達回路として機能している。

電磁比例減圧弁３は、コントローラ２０によって制御される比例減圧弁であり、再生回路Ｌ２を流通する作動油流量を調整してシリンダヘッド圧P_Hが予め設定された所定圧となるように制御する弁である。具体的な制御内容に関しては後述する。
パイロットチェック弁４は、パイロット制御により逆止弁機構の働きをオン又はオフにすることのできるチェック弁であり、一般的なチェック弁のように再生回路Ｌ２におけるロッド室３８ｂ側からヘッド室３８ａ側への作動油流通を遮断する状態と、逆流を許容して双方向への作動油流通を許可する状態とを切り換え可能な弁である。パイロットチェック弁４のパイロットポートには、パイロット回路Ｌ３が接続されており、再生回路Ｌ２を介した作動油の再生がなされている場合にのみ、双方向への作動油流通が許可されている。

パイロット切換弁５は、パイロット回路Ｌ３からの制御パイロット圧が導入されていない状態では回路Ｌ１ｂを開放し、制御パイロット圧が導入されると回路Ｌ１ｂ上におけるロッド室３８ｂ側からコントロール弁８側への作動油流通を遮断するチェック弁として機能する弁である。これにより、再生回路Ｌ２を介した作動油の再生がなされている場合には、回路Ｌ１ｂを介した作動油のブリードオフが禁止されるようになっている。

パイロット絞り弁６は、パイロット回路Ｌ３の制御パイロット圧が導入されていない状態ではネガコン回路Ｌ４を予め設定された開度に絞り、制御パイロット圧が導入されるとその大きさに応じた開度でネガコン回路Ｌ４を開放する弁である。再生回路Ｌ２を介した作動油の再生がなされているときにレギュレータ１１へ導入されるネガコン圧を非再生時よりも高圧にして、油圧ポンプ１０から吐出される作動油流量を抑制している。

［３．コントローラ構成］
図２（ｂ）に示すように、本油圧ショベル３０には、再生回路Ｌ２の電磁比例減圧弁３の開度を制御するコントローラ（制御手段）２０が設けられている。コントローラ２０は、マイクロコンピュータで構成された電子制御装置であり、周知のマイクロプロセッサやＲＯＭ，ＲＡＭ等を集積したＬＳＩデバイスとして提供されている。図３に示すように、コントローラ２０は所定圧設定器（所定圧設定手段）２１，減算器（差圧演算手段）２２，ＰＩ制御演算器２３（開度制御手段の一つ）及び電磁比例減圧弁ドライバ２４（開度制御手段の一つ）を備えて構成されている。なお、これらの構成を電子回路として、あるいはソフトウェアとして設けてもよい。

コントローラ２０は、圧力センサ１ａでブーム下げ操作が検出されたときに、圧力センサ１で検出されたシリンダヘッド圧P_Hに基づいて電磁比例減圧弁３を制御する。一方、ブーム下げ操作が検出されないときには制御を実施しない。圧力センサ１ａの検出情報は、以下に詳述する制御を開始するためのトリガとして用いられている。
所定圧設定器２１は、ヘッド室３８ａ側からロッド室３８ｂ側への作動油再生時におけるシリンダヘッド圧P_Hの目標圧力としての所定設定圧P_Pを設定するものである。本実施形態では、20[MPa]程度に設定されている。本発明の油圧シリンダ制御回路では、再生回路Ｌ２を介した作動油の再生時において、単に作動油流量を一定に制御するだけでなく、シリンダヘッド圧P_Hを所定設定圧P_Pに収束させるように制御する。ここで設定された所定設定圧P_Pは、減算器２２の加算側に入力されている。

前述の通り、コントローラ２０には、圧力センサ１で検出されたシリンダヘッド圧P_Hが入力されている。シリンダヘッド圧P_Hは、減算器２２の減算側に入力されている。一方減算器２２は、入力された所定設定圧P_Pからシリンダヘッド圧P_Hを減算した差圧をＰＩ制御演算器２３へ出力している。
ＰＩ制御演算器２３は、減算器２２から入力された差圧をゼロに収束させる（すなわち、シリンダヘッド圧P_Hを所定設定圧P_Pに収束させる）ための電磁比例減圧弁３の開度を演算し、電磁比例減圧弁ドライバ２４へ出力するものである。なお、ここで出力される制御量には、差圧に比例して設定される成分（Ｐ動作成分）と、差圧の積分に比例して設定される成分（Ｉ動作成分）とが含まれている。

例えば、シリンダヘッド圧P_Hが所定設定圧P_Pに達していない場合には減算器２２から出力される差圧が大きい（P_P-P_Hが正の値となる）ため、電磁比例減圧弁３の開度を絞って再生流量を減少させる。これによりシリンダヘッド圧P_Hが上昇すると、差圧が徐々にゼロに近づくことになる。また、シリンダヘッド圧P_Hが所定設定圧P_Pを超えている場合には差圧が小さい（P_P-P_Hが負の値となる）ため、電磁比例減圧弁３の開度を広げて再生流量を増加させる。これによりシリンダヘッド圧P_Hが低下すると、差圧が徐々にゼロに近づくことになる。
電磁比例減圧弁ドライバ２４は、ＰＩ制御演算器２３から入力された制御量を電磁比例減圧弁３の開度指令値に変換し、電磁比例減圧弁３に出力するものである。

［４．作用］
［４−１．ブーム上げ操作］
操作レバー４２がブーム上げ方向に操作されると、図２（ａ）中のＢ方向へ制御パイロット圧が伝達され、コントロール弁８の流量制御スプールがＳ３位置に切り換えられる。油圧ポンプ１０から吐出された作動油は、コントロール弁８を介して回路Ｌ１ａ側へと流通し、落下防止弁７を通ってブームシリンダ３８のヘッド室３８ａへ供給される。このとき、切換弁２は制御パイロット圧を受けていないためチェック弁として機能し、ロッド室３８ｂへの作動油流通が遮断される。したがって、油圧ポンプ１０からの作動油が再生回路Ｌ２へ流入することはない。なお、圧力センサ１ａにおいてブーム下げ操作が検出されないため、電磁比例減圧弁３は制御されない。

また、ロッド室３８ｂ内の作動油は、パイロット切換弁５を通って回路Ｌ１ｂを流通し、コントロール弁８を介してタンク１５へと戻る。このとき、パイロットチェック弁４が開弁していないため、ロッド室３８ｂからの戻り油が再生回路Ｌ２へ流入することもない。したがって、操作レバー４２の操作量に応じてブームシリンダ３８が伸長する。

［４−２．ブーム下げ操作］
一方、操作レバー４２がブーム下げ方向に操作されると、下げ側リモコン弁１３ａの二次圧が図２（ａ）中のＡ方向へ伝達され、コントロール弁８の流量制御スプールがＳ１位置に切り換えられる。また、切換弁２及び落下防止弁７にもリモコン弁１３の二次圧が導入されて切り換えられる。圧力センサ１ａではブーム下げ操作が検出され、その情報がコントローラ２０へ伝達される。

油圧ポンプ１０から吐出された作動油は、コントロール弁８を介して回路Ｌ１ｂ側へと流通し、パイロット切換弁５を介してブームシリンダ３８のロッド室３８ｂへ供給される。また、ヘッド室３８ａの作動油は、分岐点ＢＰを介してコントロール弁８側，再生回路Ｌ２及びリリーフ回路Ｌ６へと分流する。このとき、落下防止弁７は回路Ｌ１ａを開放しているため、コントロール弁８側へ流れる作動油をタンク１５へと戻る。

切換弁２はリモコン弁１３の二次圧に応じた開度で開放されるため、操作レバー４２の操作量が大きいほど再生回路Ｌ２を流通する作動油流量が増加する。また、切換弁２の下流圧がパイロット回路Ｌ３にも伝達され、パイロットチェック弁４，パイロット切換弁５及びパイロット絞り弁６が切り換えられる。
これにより、回路Ｌ１ｂではパイロット切換弁５でコントロール弁８側への逆流が防止される。また、再生回路Ｌ２の作動油は、電磁比例減圧弁３及びパイロットチェック弁４を通ってロッド室３８ｂへ供給され、作動油の再生がなされる。

また、コントローラ２０は、リリーフ回路Ｌ６の圧力センサ１で検出されたシリンダヘッド圧P_Hに基づき、所定設定圧P_Pからシリンダヘッド圧P_Hを減算した差圧がゼロになるように、電磁比例減圧弁３の開度を制御する。例えば、シリンダヘッド圧P_Hが所定設定圧P_Pと比較して高圧である場合には、電磁比例減圧弁３の開度を増加させて再生流量を増加させる。これにより、ロッド室３８ｂ側の作動油圧が上昇することになる。つまり、コントローラ２０は、ブームシリンダ３８のヘッド室３８ａの作動油のみが負担していた負荷をロッド室３８ｂ内の作動油にも分担させてロッド室３８ｂの作動油圧を上昇させ、シリンダヘッド圧P_Hを一定にしている。

シリンダヘッド圧P_Hが一定に制御されれば、ヘッド室３８ａの作動油がリリーフ弁１６からリリーフされなくなるとともに、落下防止弁７における戻り油の流量も、操作レバー４２の操作量を変化させない限り一定となる。これにより、ブームシリンダ３８の作動速度は、ブームシリンダ３８に作用する負荷の影響を受けにくくなる。
また、作動油が再生回路Ｌ２を流通しているときには、パイロット回路Ｌ３を介して制御パイロット圧がパイロット絞り弁６に伝達される。これにより、センターバイパスＬ５が開放され、ネガコン回路Ｌ４のネガコン圧が上昇する。したがって、レギュレータ１１におけるネガコン制御により油圧ポンプ１０の吐出流量が抑えられる。パイロット絞り弁６の開度は、パイロット回路Ｌ３の作動油圧が高いほど、すなわち、再生回路Ｌ２を流通する作動油圧が高圧であるほど開放されるため、シリンダヘッド圧が高圧であるほどメイン油圧回路Ｌ１を流通する作動油流量は減少する。

［５．効果］
このように、本作業機械の油圧シリンダ制御回路によれば、シリンダヘッド圧P_Hが大きいほど電磁比例減圧弁３の開度が開放されるため、油圧シリンダ３８のヘッド室３８ａの作用する負荷圧力（シリンダヘッド圧P_H）を一定値に収束させることができ、油圧変動を安定化させることができる。またこれにより、作動油の再生時におけるシリンダヘッド圧P_Hの変動に関わらず、常に一定速度でブームシリンダ３８を駆動することができる。

また、シリンダヘッド圧P_Hが一定となるため、落下防止弁７を介した戻り油の流量を操作レバー４２の操作量に対して一定にすることが可能となり、作動油の再生によるブームシリンダ３８の作動速度の急変を防止することができる。
また、ブームシリンダ３８に作用する負荷の影響を受けにくい速度制御を実施することも可能になる。例えば作業負荷がブーム下げ操作時に変動したとしても、ブームシリンダ３８の作動速度を一定にすることができる。あるいはアタッチメントの交換により定常的に負荷が増減したとしても、ブームシリンダ３８の作動速度は変化せず、良好な操作性が得られる。

また、パイロット回路Ｌ３を介してセンターバイパスＬ５のパイロット絞り弁６を制御することにより、油圧ポンプ１０から吐出される作動油流量を適切に制御することができる。例えば、シリンダ下げ操作時にシリンダヘッド圧P_Hが高圧であった場合にはネガコン圧が高く設定されるため、油圧ポンプ１０の吐出流量を減少させて、作動油のエネルギーロスを抑えることができる。

一方、油圧ショベル３０のバケット３７が接地状態となりシリンダヘッド圧P_Hが低圧になり、再生回路Ｌ２を介した作動油の再生ができない場合であっても、センターバイパスＬ５のパイロット絞り弁６が絞られてネガコン圧が低く設定されるため、油圧ポンプ１０の吐出流量を増加させることができ、ブームシリンダ３８のロッド側３８ｂへ作動油を供給してブームシリンダ３８を縮めることができる。このように、たとえ自重の作用しない状況であっても油圧シリンダを適切な速度で縮小させることができる。

［６．その他］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
例えば、上述の実施形態では、ブームシリンダ３８における作動油の再生回路Ｌ２が例示されているが、アームシリンダ３９の再生回路として構成することも考えられる。この場合、アームイン操作時にアームシリンダ３９のロッド室からヘッド室へと作動油を再生させる油圧回路に対して、本発明の構成を適用すればよい。

また、上述の実施形態では、本発明を油圧ショベル３０の油圧回路に適用したものを例示したが、本発明の適用対象はこれに限定されず、ブルドーザやホイールローダ，油圧式クレーン等様々な作業機械の油圧回路に適用することが可能である。

本発明の一実施形態に係る作業機械の油圧シリンダ制御回路を搭載した油圧ショベルの全体構成を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る作業機械の油圧シリンダ制御回路の全体構成を示す図であり、（ａ）は操作レバーに係る油圧回路図、（ｂ）はブームシリンダに係る油圧回路図である。 本発明の一実施形態に係る作業機械の油圧シリンダ制御回路に係るコントローラの制御ブロック図である。

符号の説明

１ 圧力センサ
１ａ 圧力センサ（圧力スイッチ）
２ 切換弁
３ 電磁比例減圧弁
４ パイロットチェック弁
５ パイロット切換弁
６ パイロット絞り弁
７ 落下防止弁
８ コントロール弁
９ ネガコン用リリーフ弁
１０ 油圧ポンプ
１１ レギュレータ
１２ エンジン
１３ リモコン弁
１３ａ 下げ側リモコン弁
１３ｂ 上げ側リモコン弁
１４ パイロットポンプ
１５ タンク
１６ リリーフ弁
２０ コントローラ（制御手段）
２１ 所定圧設定器（所定圧設定手段）
２２ 減算器（差圧演算手段）
２３ ＰＩ制御演算器（開度制御手段）
２４ 電磁比例減圧弁ドライバ（開度制御手段）
３０ 油圧ショベル
３１ 下部走行体
３２ 上部旋回体
３３ エンジンルーム
３４ フロント作業機
３５ ブーム
３６ アーム
３７ バケット
３８ ブームシリンダ
３８ａ ヘッド室
３８ｂ ロッド室
３９ アームシリンダ
４０ バケットシリンダ
４１ キャブ
４２ 操作レバー
Ｌ１ メイン油圧回路
Ｌ２ 再生回路
Ｌ３ パイロット回路
Ｌ４ ネガコン回路
Ｌ５ センターバイパス
Ｌ６ リリーフ回路
ＢＰ 分岐点

Claims (4)

1. 油圧ショベルに搭載されコントロール弁によって作動油流量を制御される油圧シリンダの伸縮時に、該コントロール弁を介することなく一方の油室から排出される作動油を駆動側の他方の油室へ供給して再生させる油圧シリンダ制御回路であって、
   該一方の油室側の負荷圧力を検出する圧力センサと、
   該一方の油室と該他方の油室とを接続する再生回路と、
   該再生回路上に介装され、該油圧シリンダの再生に係る操作が検出された時に該再生回路を開放するとともに該操作が検出されないときに該再生回路を遮断する切換弁と、
   該再生回路における該切換弁よりも該他方の油室側に介装され、開度を変更可能に形成された電磁比例減圧弁と、
   該再生回路における該電磁比例減圧弁よりも該他方の油室側に介装され、パイロット制御により該他方の油室側からの作動油流入を遮断する状態及び該再生回路を開放する状態を切り換えるパイロットチェック弁と、
   該再生回路における該パイロットチェック弁の下流側と該コントロール弁とを接続する回路上に介装され、パイロット制御により該回路を開放する状態及び該他方の油室側から該コントロール弁側への作動油流出を遮断する状態を切り換えるパイロット切換弁と、
   該切換弁の二次圧を制御パイロット圧として該パイロットチェック弁及び該パイロット切換弁へと導入するパイロット回路と、
   該一方の油室側から該他方の油室への作動油の供給時における該一方の油室側の目標圧力としての所定設定圧を設定する所定圧設定手段と、
   該圧力センサで検出された該負荷圧力と該所定圧設定手段で設定された該所定設定圧との差圧に応じて該電磁比例減圧弁の開度を制御する制御手段とを備えた
   ことを特徴とする、作業機械の油圧シリンダ制御回路。
2. 該制御手段が、該差圧が小さいほど該電磁比例減圧弁の開度を絞り、該差圧が大きいほど該電磁比例減圧弁の開度を開放する制御を実施する
   ことを特徴とする、請求項１記載の作業機械の油圧シリンダ制御回路。
3. 該コントロール弁のセンターバイパスを介してブリードオフされる作動油を油圧ポンプへと導くネガコン回路と、
   該センターバイパス上に介装され、該パイロット回路から導入される該制御パイロット圧に応じて該ネガコン回路の作動油圧を制御するパイロット絞り弁とをさらに備えた
   ことを特徴とする、請求項１又は２記載の作業機械の油圧シリンダ制御回路。
4. 油圧ショベルに搭載されコントロール弁によって作動油流量を制御される油圧シリンダの伸縮時に、該コントロール弁を介することなく一方の油室から排出される作動油を駆動側の他方の油室へ供給して再生させる油圧シリンダ制御回路であって、
   該一方の油室側の負荷圧力を検出する圧力センサと、
   該一方の油室と該他方の油室とを接続する再生回路と、
   該再生回路上に介装され、開度を変更可能に形成された電磁比例減圧弁と、
   該一方の油室側から該他方の油室への作動油の供給時における該一方の油室側の目標圧力としての所定設定圧を設定する所定圧設定手段と、
   該所定圧設定手段で設定された該所定設定圧と該圧力センサで検出された該負荷圧力との差圧を演算する差圧演算手段と、
   該差圧演算手段で演算された該差圧が小さいほど該電磁比例減圧弁の開度を絞り、該差圧が大きいほど該電磁比例減圧弁の開度を開放する開度制御手段とを備えた
   ことを特徴とする、作業機械の油圧シリンダ制御回路。

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