JP6549543B2

JP6549543B2 - 作業機械の油圧駆動装置

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Publication number: JP6549543B2
Application number: JP2016192107A
Authority: JP
Inventors: 勝道伊東; 大木　孝利; 孝利大木; 高橋　究; 究高橋
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2016-09-29
Filing date: 2016-09-29
Publication date: 2019-07-24
Anticipated expiration: 2036-09-29
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Description

本発明は、油圧アクチュエータから蓄圧器にエネルギを回収して回生することのできる作業機械の油圧駆動装置に関する。

本技術分野の従来技術として、油圧ショベル等に代表される作業機械のフロント作業機の位置エネルギを回収する際に、ブームシリンダ（油圧アクチュエータ）のボトム側とロッド側の油室を連通させ、ブームシリンダのボトム側から流出する圧油をロッド側へ再生することでブームシリンダのボトム圧を昇圧しながらアキュムレータ（蓄圧器）にエネルギを蓄圧するエネルギ回収・回生装置が公知である（例えば特許文献１、特許文献２）。

特許文献１は、ブームシリンダのボトム側からアキュムレータに繋がる経路上に回収用圧力補償バルブ、および回収流量制御バルブを備えている。回収用圧力補償バルブは回収流量制御バルブの前後差圧を一定に保つように制御する。回収流量制御バルブの前後差圧が小さいときは、回収流量制御バルブより上流側にある回収用圧力補償バルブの開口が大きくなり、回収流量制御バルブの前後差圧が大きいときは、回収用圧力補償バルブの開口が小さくなる。

このように、特許文献１では、回収用圧力補償バルブが回収流量制御バルブの前後差圧を一定に保つことで、回収流量制御バルブの通過流量を回収流量制御バルブの開口面積に応じた目標流量に制御することができる。すなわち、ブームシリンダの縮み速度が目標速度に制御される。

また、特許文献２は、ブームシリンダのボトム側からロッド側へ再生する経路に再生制御弁を備えている。特許文献２では、再生制御弁を開いてブームシリンダを目標速度まで迅速に加速させ、ブームシリンダが目標速度に到達後、再生制御弁を絞ることでブームシリンダのボトム圧を昇圧し、アキュムレータへ蓄圧させる蓄圧優先制御を行うことができる。

特開２００７−１７０４８５号公報特開２００９−２７５７７０号公報

特許文献１では、アキュムレータが十分に蓄圧され、かつ、シリンダ荷重が小さい場合（例えば、ブームが自重で下がる場合）、回収流量制御バルブの下流圧は大きいが、回収流量制御バルブの上流圧は小さくなるため、回収流量制御バルブの前後差圧が小さくなる。そこで、回収流量制御バルブの前後差圧を所定圧に保つために、回収用圧力補償バルブの開口が大きくなる。

しかし、回収流量制御バルブの下流圧はアキュムレータの圧力によって決まるため、回収用圧力補償バルブの開口が最大になっても、回収流量制御バルブの前後差圧を所定圧に保つことができず、回収流量制御バルブに目標流量を流すことができなくなる。そのため、ブームシリンダの縮み速度が低下し、操作性が低下するという課題がある。

また、特許文献２においても、蓄圧優先制御においてアキュムレータが十分蓄圧されている場合には、特許文献１と同様にシリンダ荷重が小さいときにブームシリンダの縮み速度が低下し、操作性が低下するという課題が残る。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、蓄圧器が十分蓄圧されている状態においても、油圧アクチュエータの操作性を良好に保つことのできる作業機械の油圧駆動装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、代表的な本発明は、供給される圧油で作動する油圧アクチュエータと、前記油圧アクチュエータからの戻り油を貯留するタンクと、前記油圧アクチュエータから排出された圧油を前記タンクに向けて流すための流量制御弁と、前記流量制御弁から前記タンクに向かって流れる圧油を蓄圧する蓄圧器と、を有する作業機械の油圧駆動装置において、前記油圧アクチュエータと前記蓄圧器との間に配置され、前記流量制御弁の前後差圧を一定に制御するための第一の圧力補償弁と、前記蓄圧器と前記タンクとの間に配置され、前記流量制御弁および前記第一の圧力補償弁を含めた前後差圧を一定に制御するための第二の圧力補償弁と、を備え、前記第一の圧力補償弁に設定された第一の目標差圧が、前記第二の圧力補償弁に設定された第二の目標差圧以下であることを特徴とする。

本発明によれば、蓄圧器が十分蓄圧されている状態においても、流量制御弁の前後差圧を一定に保つことが可能となり、アクチュエータ速度を流量制御弁のメータアウト絞りの開口面積に比例した速度に保つことが可能となり、油圧アクチュエータの操作性を良好に保つことができる。なお、上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明が適用される油圧ショベルの側面図。本発明の第一実施形態に係る作業機械の油圧駆動装置の構成図。図２に示す作業機械の油圧駆動装置の動作図。図２に示す作業機械の油圧駆動装置の動作図。図２に示す作業機械の油圧駆動装置の動作図。本発明の第二実施形態に係る作業機械の油圧駆動装置の構成図。図６に示す作業機械の油圧駆動装置の動作図。図６に示す作業機械の油圧駆動装置の動作図。図６に示す作業機械の油圧駆動装置の動作図。設定圧Ｐｒｅｆ１と設定圧Ｐｒｅｆ２とが等しい場合において、ブームシリンダのシリンダボトム排出油がアキュムレータに流れる流量Ｑａｃｃとタンクに流れる流量Ｑｔとの関係を示す図。設定圧Ｐｒｅｆ１が設定圧Ｐｒｅｆ２より大きい場合において、ブームシリンダのシリンダボトム排出油がアキュムレータに流れる流量Ｑａｃｃとタンクに流れる流量Ｑｔとの関係を示す図。設定圧Ｐｒｅｆ１が設定圧Ｐｒｅｆ２より小さい場合において、ブームシリンダのシリンダボトム排出油がアキュムレータに流れる流量Ｑａｃｃとタンクに流れる流量Ｑｔとの関係を示す図。

以下、本発明の実施形態を、図面を用いて説明する。図１は本発明に係る作業機械の油圧駆動装置が適用される油圧ショベルの側面図である。図１に示すように、作業機械の代表例である油圧ショベルは、走行体４０１と、走行体４０１上に旋回可能に配置されている旋回体４０２と、旋回体４０２の前部に設けられた運転室４０３と、旋回体４０２に俯仰動可能に連結されるフロント作業機４０４を備えている。

フロント作業機４０４は、旋回体４０２に連結されるブーム４０５と、ブーム４０５を駆動するブームシリンダ３と、ブーム４０５の先端に連結されるアーム４０６と、アーム４０６を駆動するアームシリンダ４０８と、アーム４０６の先端に連結されるバケット４０７と、バケット４０７を駆動するバケットシリンダ４０９とを含んでいる。なお、ブームシリンダ３、アームシリンダ４０８、およびバケットシリンダ４０９は何れもメインポンプ１０１（図２参照）から供給される圧油で作動する油圧アクチュエータである。

「第一実施形態」
次に、本発明の第一実施形態に係る作業機械の油圧駆動装置について説明する。図２は、第一実施形態に係る作業機械の油圧駆動装置の構成図である。第一実施形態に係る作業機械の油圧駆動装置（以下、油圧駆動装置という）は、原動機（例えばエンジン）１と、その原動機１によって駆動され、圧油供給路１０５に圧油を吐出する吐出ポート１０１ａを有する可変容量型のメインポンプ（油圧ポンプ）１０１と、固定容量型のポンプ（パイロットポンプ）３０と、メインポンプ１０１の吐出流量を制御するためのレギュレータ１１１と、メインポンプ１０１から吐出された圧油によって駆動されるブームシリンダ３と、メインポンプ１０１からブームシリンダ３に供給される圧油の流量を制御するコントロールバルブユニット４と、を備えている。

コントロールバルブユニット４は、圧油供給路１０５に接続され、メインポンプ１０１からブームシリンダ３に供給される圧油の流量および圧油の流れ方向を制御する流量制御弁６と、流量制御弁６の前後差圧がバネで決まる目標差圧に等しくなるように流量制御弁６の前後差圧を制御する圧力補償弁７と、圧油供給路１０５にブームシリンダ３の圧油が逆流することを防止する逆止弁１１と、圧油供給路１０５に接続され、圧油供給路１０５の圧力を設定圧力以上にならないように制御するメインリリーフ弁１１４と、圧油供給路１０５の圧力が吐出ポート１０１ａから吐出される圧油によって駆動される複数の油圧アクチュエータの最高負荷圧にバネの設定圧力を加算した圧力（アンロード弁セット圧）よりも高くなると開状態になって圧油供給路１０５の圧油をタンク２０に戻すアンロード弁１１５とを備えている。

コントロールバルブユニット４は、圧油供給路１０５に接続される流量制御弁６の負荷ポートに接続され、ブームシリンダ３の負荷圧（圧力）Ｐｌを検出する負荷検出回路１３１を備えている。前述したアンロード弁１１５には、負荷検出回路１３１によって検出された負荷圧Ｐｌが導かれる。コントロールバルブユニット４は、ブームシリンダ３のシリンダボトム側から排出された圧油が流量制御弁６を介して逆止弁１１の下流に接続される再生油路１０６と、再生油路１０６上に設けられ、ブームシリンダ３のシリンダボトム側からの排出油が逆止弁１１の下流に流れることを許容し、その逆流を防止する逆止弁１２を備えている。

コントロールバルブユニット４は、さらに切換弁４０および切換弁４１を備えている。切換弁４０は、ブームシリンダ３のシリンダボトム圧に応じて切り換わる。切換弁４０は、ブームシリンダ３のシリンダボトム圧が設定された閾値よりも大きい場合は、ブーム下げ指令圧ａを信号油路１０７を介して圧力補償弁７に導き、圧力補償弁７の開口を閉じるように作用させる。これにより、圧油供給路１０５の圧油がブームシリンダ３へ流入することを防止する。一方、ブームシリンダ３のシリンダボトム圧が設定された閾値よりも小さい場合は、切換弁４０は、信号油路１０７の圧油をタンク２０に排出するように切り換わる。

切換弁４１は、負荷検出回路１３１上に設けられ、信号油路１０７の圧力が定められた閾値よりも小さいときは、ブームシリンダ３の負荷圧をアンロード弁１１５とレギュレータ１１１へ導くように構成され、信号油路１０７の圧力が閾値よりも大きいときは、タンク圧をアンロード弁１１５とレギュレータ１１１へ導くように構成される。

ここで、ブームシリンダ３は、流量制御弁６、圧力補償弁７および逆止弁１１と圧油供給路１０５を介してメインポンプ１０１の吐出ポート１０１ａに接続されている。

コントロールバルブユニット４は、さらに、ブームシリンダ３のシリンダボトム側油室と流量制御弁６との間（流量制御弁６よりシリンダボトム排出油の流れの上流側）に設けられ、ブームシリンダ３のシリンダボトム側油室から流量制御弁６の方向に圧油が流れる際に流量制御弁６の前後差圧が目標差圧Ｐｒｅｆになるように制御する第一の圧力補償弁２０１と、第一の圧力補償弁２０１とパラレルの位置に設けられ、流量制御弁６からブームシリンダ３のシリンダボトム側油室へ向かう方向への流れを許容し、その逆流を防止する逆止弁１３と、アキュムレータ３００とタンク２０との間に設けられ、第一の圧力補償弁２０１の上流圧と流量制御弁６の下流圧の差圧（第一の圧力補償弁２０１および流量制御弁６を含めた前後差圧）が目標差圧Ｐｒｅｆになるよう制御する第二の圧力補償弁２０２と、を備えている。

メインポンプ１０１は、負荷検出回路１３１の圧力（負荷圧）Ｐｌと、メインポンプ１０１の吐出圧Ｐｐが導かれ、ＰｐとＰｌの差Ｐｌｓと目標差圧Ｐｒｅｆを比較し、Ｐｌｓ＞Ｐｒｅｆの場合はメインポンプ１０１の傾転（容量）を減少させ、Ｐｌｓ＜Ｐｒｅｆの場合はメインポンプ１０１の傾転（容量）を増加させる流量制御、いわゆるロードセンシング制御と、メインポンプ１０１の吐出圧Ｐｐの上昇によってメインポンプ１０１の傾転（容量）を減少させる馬力制御とにより作動するレギュレータ１１１を備える。

また、本実施形態における油圧駆動装置は、原動機１によって駆動される固定容量型のポンプ３０と、ポンプ３０のパイロット圧油供給路３１ａに接続され、パイロット圧油供給路３１ａに一定のパイロット圧を生成するパイロットリリーフバルブ３２と、パイロット圧油供給路３１ａに接続され、ゲートロックレバー２４により下流側のパイロット圧油供給路３１ｂをパイロット圧油供給路３１ａに接続するかタンク２０に接続するかを切り換えるゲートロック弁１００と、ゲートロック弁１００の下流側のパイロット圧油供給路３１ｂに接続され、流量制御弁６を制御するための操作パイロット圧を生成するパイロットバルブ（減圧弁）を有する操作装置１２２と、を備えている。なお、操作装置１２２は、運転室４０３内に設けられている。

次に油圧駆動装置の動作について説明する。まず、（ａ）アキュムレータ３００が蓄圧可能な状態で、空中でブーム下げ動作を行う場合について、図３に示す油圧駆動装置の動作図を用いて説明する。図中、圧油が流れるラインを太線で示している。

図３に示すように、ブーム下げ動作を行う時、操作装置１２２を操作することで、ブーム下げ指令圧ａが生成される。ブーム下げ動作を空中で行う時、ブームボトム圧は切換弁４０の切り換わる閾値よりも大きいので、切換弁４０はブーム下げ指令圧ａを信号油路１０７に導くように切り換わる。ブーム下げ指令圧ａが圧力補償弁７に作用されることで、圧油供給路１０５の圧油がブームシリンダ３に流れることを防止する。

また、信号油路１０７の圧力によって切換弁４１が切り換わり、負荷圧としてタンク圧（ほぼ０ＭＰａ）がアンロード弁１１５とレギュレータ１１１に導かれる。これによって、メインポンプ１０１の吐出圧Ｐｐはタンク圧にアンロード弁１１５のバネの設定圧力Ｐｕｎ０を加算した圧力（アンロード弁セット圧）に保たれる。

Ｐｕｎ０は通常、目標差圧Ｐｒｅｆよりも若干高く設定される（Ｐｕｎ０＞Ｐｒｅｆ）。ここで、メインポンプ１０１の吐出圧Ｐｐと負荷圧との差Ｐｌｓは、Ｐｌｓ＝Ｐｐ−０＝Ｐｕｎ０＞Ｐｒｅｆとなるので、レギュレータ１１１はメインポンプ１０１の傾転が小さくなるように制御を行い、メインポンプ１０１の容量は最小に保たれる。

ブーム下げ指令圧ａにより、流量制御弁６がストロークし、ブームシリンダ３はシリンダが縮む方向に駆動される。これにより、シリンダボトム排出油の一部は第一の圧力補償弁２０１、流量制御弁６のメータアウト絞り、再生油路１０６、逆止弁１２および流量制御弁６のメータイン絞りを介してブームシリンダ３のシリンダロッド側へ流入し、シリンダボトム排出油の残りは、アキュムレータ３００と第二の圧力補償弁２０２に導かれる。

アキュムレータ３００は蓄圧可能な状態なので、第一の圧力補償弁２０１は流量制御弁６のメータアウト絞りの前後差圧が目標差圧Ｐｒｅｆになるよう作動し、シリンダ速度がメータアウト絞りの開口面積に応じた目標速度に保たれる。このとき、第一の圧力補償弁２０１は流量制御弁６のメータアウト絞りの前後差圧を制御するために、第一の圧力補償弁２０１の開口は絞られており、第一の圧力補償弁２０１には前後差圧ΔＰが発生している。一方、第二の圧力補償弁２０２には、第一の圧力補償弁２０１の上流圧Ｐ１と流量制御弁６の下流圧Ｐ２の差圧Ｐｄが目標差圧Ｐｒｅｆになるよう構成されている。

ここで、流量制御弁６の前後差圧は第一の圧力補償弁２０１によって目標差圧Ｐｒｅｆに保たれており、第一の圧力補償弁２０１の前後差圧はΔＰが発生している。したがって、第一の圧力補償弁２０１の上流圧Ｐ１と流量制御弁６の下流圧Ｐ２の差圧Ｐｄは、Ｐｄ＝Ｐ１−Ｐ２＝Ｐｒｅｆ＋ΔＰ＞Ｐｒｅｆとなるので、第二の圧力補償弁２０２は全閉するように作動する。これにより、ブームシリンダ３のシリンダボトム排出油はタンク２０に流れることなく、アキュムレータ３００へ蓄圧される（第一の制御状態）。

以上のように、アキュムレータ３００が蓄圧可能な状態で、空中でブーム下げ動作を行う場合、ブーム下げ動作の操作性を確保した上で、アキュムレータ３００へエネルギを蓄えることが可能となる。

次に、（ｂ）アキュムレータ３００が十分に蓄圧されている状態で、空中でブーム下げ動作を行う場合について、図４に示す油圧駆動装置の動作図を用いて説明する。図中、圧油が流れるラインを太線で示している。なお、上記（ａ）の場合と同じ動作についての説明は省略する。

第一の圧力補償弁２０１は流量制御弁６のメータアウト絞りの前後差圧が目標差圧Ｐｒｅｆになるよう作動する。しかしながら、アキュムレータ３００は十分に蓄圧されているので、ブームシリンダ３のシリンダボトム排出油がアキュムレータ３００に流入されず、第一の圧力補償弁２０１が最大開口（全開）であっても、流量制御弁６のメータアウト絞りの前後差圧は目標差圧Ｐｒｅｆよりも小さくなる。一方、第二の圧力補償弁２０２には、第一の圧力補償弁２０１の上流圧Ｐ１と流量制御弁６の下流圧Ｐ２の差圧Ｐｄが目標差圧Ｐｒｅｆになるよう構成されている。

ここで、流量制御弁６の前後差圧は目標差圧Ｐｒｅｆよりも低く、また、第一の圧力補償弁２０１は最大開口になっており、この開口は十分大きく、差圧は発生しないので、第一の圧力補償弁２０１の前後差圧ΔＰはほぼ０となる。したがって、第一の圧力補償弁２０１の上流圧Ｐ１と流量制御弁の下流圧Ｐ２の差圧Ｐｄは、Ｐｄ＝Ｐ１−Ｐ２＝Ｐｒｅｆ未満＋ΔＰ＜Ｐｒｅｆとなるので、第二の圧力補償弁２０２は開口し、第一の圧力補償弁２０１の上流圧Ｐ１と流量制御弁６の下流圧Ｐ２の差圧Ｐｄが目標差圧Ｐｒｅｆになるように作動する（第二の制御状態）。その結果、シリンダボトム排出油が第二の圧力補償弁２０２を介してタンク２０に流れる。

このとき、第一の圧力補償弁２０１は最大開口であり、差圧ΔＰがほぼ０であるので、第二の圧力補償弁２０２によって流量制御弁６のメータアウト絞りの前後差圧が目標差圧Ｐｒｅｆに制御されることになり、ブームシリンダ３のシリンダ速度がメータアウト絞りの開口面積に比例する目標速度に保たれる。

以上のように、アキュムレータ３００が十分蓄圧されている状態で、空中でブーム下げ動作を行う場合であっても、ブームシリンダ３からのシリンダボトム排出油を第二の圧力補償弁２０２を介してタンク２０へ流すことができるため、ブーム下げ動作の操作性を確保できる。

次に、（ｃ）ブーム下げ動作時に負荷が生じる場合（機体持ち上げ動作）について、図５示す油圧駆動装置の動作図を用いて説明する。図中、圧油が流れるラインを太線で示している。

図５に示すように、ブーム下げ動作を行う時、操作装置１２２を操作することで、ブーム下げ指令圧ａが生成される。ブーム下げ動作時に負荷が生じる時、ブームボトム圧は切換弁４０の切り換わる閾値よりも小さくなるので信号油路１０７の圧油はタンク２０へ導かれる。信号油路１０７の圧力がタンク圧（ほぼ０ＭＰａ）となるので、圧力補償弁７は、流量制御弁６のメータイン絞りの前後差圧が一定になるように圧力補償制御を行い、切換弁４１は負荷検出回路１３１の圧力をアンロード弁１１５とレギュレータ１１１へ導く。

ブーム下げ指令圧ａによって流量制御弁６がストロークし、ブームシリンダ３はシリンダが縮む方向に駆動される。このとき、負荷検出回路１３１は負荷圧としてＰｌを検出し、アンロード弁１１５とレギュレータ１１１に導かれる。これによって、レギュレータ１１１により、メインポンプ１０１の吐出圧ＰｐはＰｌにＰｒｅｆを加算した圧力になるように上昇し、アンロード弁１１５のアンロード弁セット圧はＰｌにアンロード弁１１５のバネの設定圧力Ｐｕｎ０を加算した圧力に上昇し、圧油供給路１０５の圧油をタンク２０に排出する油路を遮断する。

ブーム下げ動作時にシリンダロッド側に重負荷が生じている場合、ブームシリンダ３のシリンダボトム圧は負荷検出回路１３１の圧力Ｐｌに比べて小さく、流量制御弁６のメータイン絞りの上流圧は圧力Ｐｌよりも大きいので、ブームシリンダ３のシリンダボトム排出油は逆止弁１２を通過することができず、全ての流量が第二の圧力補償弁２０２とアキュムレータ３００に導かれる。

シリンダ速度はシリンダロッド側に流入する流量、すなわち、流量制御弁６のメータイン絞りの通過流量で決定し、流量制御弁６のメータイン絞りの通過流量は、ロードセンシング制御によりメータイン絞りの開口面積Ａｉで決定され、一方で、シリンダボトム排出流量は、シリンダのボトム側受圧面積とロッド側受圧面積の面積比ｎによって決定される。

ここで、流量制御弁６のメータアウト絞りの開口面積ＡｏをＡｏ＞ｎ×Ａｉとすることで、ロードセンシング制御が行われている間は、メータアウト絞りの前後差圧が常に目標差圧Ｐｒｅｆよりも小さくなる。これにより、第一の圧力補償弁２０１および第二の圧力補償弁２０２の開口は最大となり、シリンダボトム排出油をタンク２０へ排出するようになる。

以上のように、機体持ち上げ動作のようなブーム下げ動作時に負荷が生じる場合であっても、第二の圧力補償弁２０２はブームシリンダ３のシリンダボトム排出油をタンク２０へ排出するように作動するので、所望の動作を行うことができる。

「第二実施形態」
次に、本発明の第二実施形態に係る油圧駆動装置について説明する。図６は、第二実施形態に係る油圧駆動装置の構成図である。図６に示すように、第二実施形態に係る油圧駆動装置は、第一実施形態の第一の圧力補償弁２０１を有していない。その代り、第二実施形態では、第二の圧力補償弁２０２の上流側であって流量制御弁６とアキュムレータ３００の間に流量制御弁６の前後差圧が目標差圧Ｐｒｅｆになるように制御する第一の圧力補償弁２０３を有している。また、第二実施形態では、第二の圧力補償弁２０２により、流量制御弁６の上流圧と第一の圧力補償弁２０３の下流圧とが目標差圧Ｐｒｅｆになるように制御する構成である点で、第一実施形態と相違する。

次に油圧駆動装置の動作について説明する。まず、（ａ）アキュムレータ３００が蓄圧可能な状態で、空中でブーム下げ動作を行う場合について、図７に示す油圧駆動装置の動作図を用いて説明する。図中、圧油が流れるラインを太線で示している。なお、第一実施形態と重複する説明は省略する。

アキュムレータ３００は蓄圧可能な状態なので、第一の圧力補償弁２０３は流量制御弁６のメータアウト絞りの前後差圧が目標差圧Ｐｒｅｆになるように作動し、シリンダ速度がメータアウト絞りの開口面積に応じた目標速度に保たれる。このとき、第一の圧力補償弁２０３は流量制御弁６のメータアウト絞りの前後差圧を制御するために、第一の圧力補償弁２０３の開口は絞られており、第一の圧力補償弁２０３には前後差圧ΔＰが発生している。一方、第二の圧力補償弁２０２には、流量制御弁６の上流圧Ｐ３と第一の圧力補償弁２０３の下流圧Ｐ４の差圧Ｐｄが目標差圧Ｐｒｅｆになるように構成されている。

ここで、流量制御弁６の前後差圧は第一の圧力補償弁２０３によって目標差圧Ｐｒｅｆに保たれており、第一の圧力補償弁２０３の前後差圧にはΔＰが発生している。したがって、流量制御弁６の上流圧Ｐ３と第一の圧力補償弁２０３の下流圧Ｐ４の差圧Ｐｄは、Ｐｄ＝Ｐ３−Ｐ４＝Ｐｒｅｆ＋ΔＰ＞Ｐｒｅｆとなるので、第二の圧力補償弁２０２は全閉するように作動する。これにより、ブームシリンダ３のシリンダボトム排出油はタンク２０に流れることなく、アキュムレータ３００へ蓄圧される（第一の制御状態）。

次に、（ｂ）アキュムレータ３００が十分に蓄圧されている状態で、空中でブーム下げ動作を行う場合について、図８に示す油圧駆動装置の動作図を用いて説明する。図中、圧油が流れるラインを太線で示している。

第一の圧力補償弁２０３は、流量制御弁６のメータアウト絞りの前後差圧が目標差圧Ｐｒｅｆになるように作動する。しかしながら、アキュムレータ３００は十分に蓄圧されているので、ブームシリンダ３のシリンダボトム排出油がアキュムレータ３００に流入されず、第一の圧力補償弁２０３が最大開口（全開）であっても、流量制御弁６のメータアウト絞りの前後差圧は目標差圧Ｐｒｅｆよりも小さくなる。一方、第二の圧力補償弁２０２には、流量制御弁６の上流圧Ｐ３と第一の圧力補償弁２０３の下流圧Ｐ４の差圧Ｐｄが目標差圧Ｐｒｅｆになるよう構成されている。

ここで、流量制御弁６の前後差圧は目標差圧Ｐｒｅｆよりも低く、また、第一の圧力補償弁２０３は最大開口になっており、この開口は十分大きく差圧は発生しないので、第一の圧力補償弁２０３の前後差圧ΔＰはほぼ０となる。したがって、流量制御弁６の上流圧Ｐ３と第一の圧力補償弁２０３の下流圧Ｐ４の差圧Ｐｄは、Ｐｄ＝Ｐ３−Ｐ４＝Ｐｒｅｆ未満＋ΔＰ＜Ｐｒｅｆとなるので、第二の圧力補償弁２０２は開口し、流量制御弁６の上流圧Ｐ３と第一の圧力補償弁２０３の下流圧Ｐ４の差圧Ｐｄが目標差圧Ｐｒｅｆになるように作動する。その結果、シリンダボトム排出油が第二の圧力補償弁２０２を介してタンク２０に流れる（第二の制御状態）。

このとき、第一の圧力補償弁２０３は最大開口であり、差圧ΔＰがほぼ０であるので、第二の圧力補償弁２０２によって流量制御弁６のメータアウト絞りの前後差圧が目標差圧Ｐｒｅｆに制御されることになり、ブームシリンダ３のシリンダ速度がメータアウト絞りの開口面積に比例する目標速度に保たれる。

次に、（ｃ）ブーム下げ動作時に負荷が生じる場合（機体持ち上げ動作）について、図９示す油圧駆動装置の動作図を用いて説明する。図中、圧油が流れるラインを太線で示している。この場合は、第一実施形態と同様に、第二の圧力補償弁２０２および第一の圧力補償弁２０３は開口するので、ブーム下げ動作時に機体持ち上げ動作を行う場合であっても、ブームシリンダ３のシリンダボトム排出油をタンク２０へ排出させて、所望の動作を行うことができる。

ここで、第二実施形態および第一実施形態において、第一の圧力補償弁２０３の設定圧をＰｒｅｆ１とし、第二の圧力補償弁２０２の設定圧をＰｒｅｆ２としたときに、設定圧Ｐｒｅｆ１と設定圧Ｐｒｅｆ２とを等しく設定しても良いし、またどちらか一方を大きく設定しても良い。以下、（１）設定圧Ｐｒｅｆ１＝Ｐｒｅｆ２の場合、（２）設定圧Ｐｒｅｆ１＞設定圧Ｐｒｅｆ２の場合、（３）設定圧Ｐｒｅｆ１＜設定圧Ｐｒｅｆ２の場合のそれぞれについて、アキュムレータ３００へ流れる流量Ｑａｃｃとタンク２０に流れる流量Ｑｔとの関係について説明する。

（１）設定圧Ｐｒｅｆ１＝設定圧Ｐｒｅｆ２の場合：
図１０は、設定圧Ｐｒｅｆ１と設定圧Ｐｒｅｆ２とが等しい場合において、ブームシリンダ３のシリンダボトム排出油がアキュムレータ３００に流れる流量Ｑａｃｃとタンク２０に流れる流量Ｑｔとの関係を示している。なお、図１０において、縦軸は流量、横軸は時間である。

Ａの時点でブーム下げ動作が開始する。Ａ〜Ｂの区間では、第一の圧力補償弁２０３のみで流量を制御しており、第二の圧力補償弁２０２は閉じている。そのため、Ａ〜Ｂの区間では、第一の圧力補償弁２０３の制御により、アキュムレータ３００に一定の流量Ｑａｃｃのシリンダボトム排出油が流れる。

Ｂの時点で第一の圧力補償弁２０３は全開となり、第二の圧力補償弁２０２が開口し始める。そのため、アキュムレータ３００に流れるシリンダボトム排出油の流量Ｑａｃｃは徐々に減少し、タンク２０へ流れるシリンダボトム排出油の流量Ｑｔが徐々に増加する。このとき、設定圧Ｐｒｅｆ１と設定圧Ｐｒｅｆ２とが同じ設定圧であるため、Ｂ〜Ｃの区間では、流量Ｑａｃｃ＋流量Ｑｔ＝一定となるよう流量が制御される。

Ｃの時点でアキュムレータ３００への蓄圧が完了すると、アキュムレータ３００に流れる流量Ｑａｃｃは０となり、Ｃの時点以降は、第二の圧力補償弁２０２の制御により、一定の流量Ｑｔのシリンダボトム排出油がタンク２０に流れる。なお、流量制御弁６を通過する流量（ストローク速度）は、シリンダボトム排出油の流量（Ｑａｃｃ＋Ｑｔ）に再生流量Ｑｒを加えた流量（Ｑｒ＋Ｑａｃｃ＋Ｑｔ）となる（図８参照）。

このように、第一の圧力補償弁２０３の設定圧Ｐｒｅｆ１と第二の圧力補償弁２０２の設定圧Ｐｒｅｆ２とが等しい設定とすることにより、ブーム下げ動作時におけるシリンダボトム排出油の流量を一定に保つことができるため、ブーム下げ動作の挙動を安定させることができ、操作性が向上する。

（２）設定圧Ｐｒｅｆ１＞設定圧Ｐｒｅｆ２の場合：
図１１は、設定圧Ｐｒｅｆ１が設定圧Ｐｒｅｆ２より大きい場合において、ブームシリンダ３のシリンダボトム排出油がアキュムレータ３００に流れる流量Ｑａｃｃとタンク２０に流れる流量Ｑｔとの関係を示している。なお、図１１において、縦軸は流量、横軸は時間である。

Ｂの時点で第一の圧力補償弁２０３は全開となる。しかし、Ｂの時点では第一の圧力補償弁２０３の設定圧がＰｒｅｆ１であるのに対して、第二の圧力補償弁２０２の設定圧はＰｒｅｆ２（＜Ｐｒｅｆ１）であるため、第二の圧力補償弁２０２は作動しない（開口しない）。アキュムレータ３００の圧力の上昇に応じて、流量制御弁６の上流圧と第一の圧力補償弁２０３の下流圧との差圧が減少していき（流量も減少する）、Ｃの時点になると、流量制御弁６の上流圧と第一の圧力補償弁２０３の下流圧との差圧がＰｒｅｆ２となるため、第二の圧力補償弁２０２が開口し始める。よって、Ｂ〜Ｃの区間では、シリンダボトム排出油はアキュムレータ３００に流れるが、タンク２０には流れない。

Ｃ〜Ｄの区間では、シリンダボトム排出油はアキュムレータ３００とタンク２０とに流れる。このとき、第一の圧力補償弁２０３は全開となっており、第二の圧力補償弁２０２のみで流量が制御されるため、アキュムレータ３００に流れる流量Ｑａｃｃとタンク２０に流れる流量Ｑｔとの和は第二の圧力補償弁２０２の設定圧Ｐｒｅｆ２によって決まる値となる。そして、アキュムレータ３００の蓄圧が完了するＤの時点以降は、シリンダボトム排出油は第二の圧力補償弁２０２の制御により全てタンク２０に流れる。

このように、第一の圧力補償弁２０３の設定圧Ｐｒｅｆ１が第二の圧力補償弁２０２の設定圧Ｐｒｅｆ２より大きい設定とすることにより、Ｂ〜Ｃの区間についてはシリンダボトム排出油をアキュムレータ３００にのみ流すことができるため、アキュムレータ３００に優先的に蓄圧させることができる。

（３）設定圧Ｐｒｅｆ１＜設定圧Ｐｒｅｆ２の場合：
図１２は、設定圧Ｐｒｅｆ１が設定圧Ｐｒｅｆ２より小さい場合において、ブームシリンダ３のシリンダボトム排出油がアキュムレータ３００に流れる流量Ｑａｃｃとタンク２０に流れる流量Ｑｔとの関係を示している。なお、図１２において、縦軸は流量、横軸は時間である。

Ｂの時点で第一の圧力補償弁２０３の前後差圧がＰｒｅｆ２−Ｐｒｅｆ１となり、流量制御弁６の前後差圧（＝Ｐｒｅｆ１）と第一の圧力補償弁２０３の前後差圧（＝Ｐｒｅｆ２−Ｐｒｅｆ１）の和はＰｒｅｆ２となるので、第二の圧力補償弁２０２が開口し始める。そのため、Ｂ〜Ｃの区間では、第一の圧力補償弁２０３と第二の圧力補償弁２０２の両方で流量が制御されており、アキュムレータ３００とタンク２０の両方にシリンダボトム排出油が流れる。

Ｃの時点以降では、シリンダボトム排出油の全流量がタンク２０に流れる。このときも、第一の圧力補償弁弁２０３と第二の圧力補償弁２０２の両方により流量が制御されており、流量制御弁６の前後差圧（Ｐｒｅｆ１）と第一の圧力補償弁２０３の前後差圧（＝Ｐｒｅｆ２−Ｐｒｅｆ１）の和がＰｒｅｆ２の状態で流れる。よって、Ｂの時点以降では、第一の圧力補償弁２０３と第二の圧力補償弁２０２の両方が作動しているが、第一の圧力補償弁２０３によって流量制御弁６の差圧はＰｒｅｆ１に保たれるので、流量制御弁６の通過流量は一定となる。

このように、第一の圧力補償弁２０３の設定圧Ｐｒｅｆ１が第二の圧力補償弁２０２の設定圧Ｐｒｅｆ２より小さい設定とすることにより、ブーム下げ動作時におけるシリンダボトム排出油の流量を一定に保つことができるため、ブーム下げ動作の挙動を安定させることができ、操作性が向上する。

以上のことから、第二実施形態において、操作性に影響を与えないように、流量変化が起きないようにしたいときは、Ｐｒｅｆ２をＰｒｅｆ１以上とすればよい。（（１）または（３）の場合）。このとき、より多くアキュムレータ３００に蓄圧できるようにするため、なるべくＰｒｅｆ２はＰｒｅｆ１に近いことが良く、望ましくは、Ｐｒｅｆ１＝Ｐｒｅｆ２である（（１）の場合）。ただし、流量変化ΔＱが操作性に対して許容できるのであれば、アキュムレータ３００への蓄圧量を重視し、流量変化ΔＱが操作性に対して許容できる範囲でＰｒｅｆ２をＰｒｅｆ１に対して小さくしても良い（（２）の場合）。

なお、上記で説明したＰｒｅｆ１とＰｒｅｆ２の設定圧と流量の変化の関係は、第一実施形態においても同様である。

以上説明したように、各実施形態によれば、アキュムレータ３００が十分蓄圧されている状態においても、流量制御弁６の前後差圧を一定に保つことが可能となり、アクチュエータ速度を流量制御弁６のメータアウト絞りの開口面積に比例した速度に保つことが可能となり、ブームシリンダ３によって駆動するブーム４０５の操作性を良好に保つことができる。しかも、一般的な圧力補償弁２０１、２０２、２０３を用いて油圧駆動装置を構成することができるため、汎用性が高く、より簡便な装置を実現することができる。

なお、上述した実施形態は、本発明の説明のための例示であり、本発明の範囲をそれらの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。当業者は、本発明の要旨を逸脱することなしに、他の様々な態様で本発明を実施することができる。本発明は、ブームシリンダ３の油圧駆動装置に限らず、例えば、アームシリンダ、バケットシリンダ、その他の油圧アクチュエータに適用することができる。また、本発明は、油圧ショベル以外の例えばホイールローダ等の作業機械に適用しても良い。

３ブームシリンダ（油圧アクチュエータ）
４コントロールバルブユニット
６流量制御弁
２０タンク
１０１メインポンプ
２０１第一の圧力補償弁
２０２第二の圧力補償弁
２０３第一の圧力補償弁
３００アキュムレータ（蓄圧器）

Claims

供給される圧油で作動する油圧アクチュエータと、前記油圧アクチュエータからの戻り油を貯留するタンクと、前記油圧アクチュエータから排出された圧油を前記タンクに向けて流すための流量制御弁と、前記流量制御弁から前記タンクに向かって流れる圧油を蓄圧する蓄圧器と、を有する作業機械の油圧駆動装置において、
前記油圧アクチュエータと前記蓄圧器との間に配置され、前記流量制御弁の前後差圧を一定に制御するための第一の圧力補償弁と、
前記蓄圧器と前記タンクとの間に配置され、前記流量制御弁および前記第一の圧力補償弁を含めた前後差圧を一定に制御するための第二の圧力補償弁と、を備え、
前記第一の圧力補償弁に設定された第一の目標差圧が、前記第二の圧力補償弁に設定された第二の目標差圧以下であることを特徴とする作業機械の油圧駆動装置。
請求項１記載の作業機械の油圧駆動装置において、
前記第一の圧力補償弁は、前記流量制御弁より前記油圧アクチュエータから排出された圧油の流れの上流側に設けられ、
前記第二の圧力補償弁は、前記第一の圧力補償弁の上流圧と前記流量制御弁の下流圧との前後差圧を一定に制御することを特徴とする作業機械の油圧駆動装置。
請求項２記載の作業機械の油圧駆動装置において、
前記第一の圧力補償弁に設定された第一の目標差圧と前記第二の圧力補償弁に設定された第二の目標差圧とが等しいことを特徴とする作業機械の油圧駆動装置。
請求項１記載の作業機械の油圧駆動装置において、
前記第一の圧力補償弁は、前記流量制御弁より前記油圧アクチュエータから排出された圧油の流れの下流側に設けられ、
前記第二の圧力補償弁は、前記流量制御弁の上流圧と前記第一の圧力補償弁の下流圧との前後差圧を一定に制御することを特徴とする作業機械の油圧駆動装置。