JP6284711B2 - 油圧回路、油圧回路を備える建設機械及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、油圧回路、油圧回路を備える建設機械及びその制御方法に関する。

建設機械の油圧回路では、油圧アクチュエータ（例えば油圧シリンダ、油圧モータ）に圧油を供給して、アタッチメントを駆動するものがある。このとき、油圧アクチュエータは、供給された圧油の一部又は全部を戻り油として排出する。ここで、排出される戻り油は、余剰エネルギ（圧力、流量など）を有する。このため、建設機械の油圧回路では、戻り油の余剰エネルギを有効利用する目的で、排出される戻り油を油圧アクチュエータに再供給する（再生させる）ものがある。

特許文献１には、ロッドチャンバ（油圧シリンダ）内から流出する圧油をヘッドチャンバ（油圧シリンダ）に戻す再生回路を備える建設機械に関する技術を開示している。

特開２０１０−１４２４４号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている技術では、再生回路の下流に配置した絞り（例えば図４のメータアウト制御弁Ｖｅｘ）において圧力損失が発生するため、再生時にエネルギ損失が生じる。また、特許文献１に開示されている技術では、方向制御弁（例えば図４の２１Ｖ）の内部通路に配置したチェック弁（例えば図４のＶｃｈ）を経由して圧油（戻り油）を再生するため、再生時に方向制御弁（２１Ｖ）の比較的狭い内部通路及びチェック弁（Ｖｃｈ）によって圧力損失が発生する。更に、特許文献１に開示されている技術では、油圧アクチュエータの動作状態により再生が必要でないときに圧油（戻り油）をタンクにそのまま排出するため、エネルギ（戻り油）を有効利用できない場合がある。

本発明は、このような事情の下に為され、油圧アクチュエータの戻り油を回生する回生油路と再生する再生油路とを用いて、戻り油を回生又は再生することにより、エネルギの利用効率を向上することができる油圧回路を提供することを目的とする。また、本発明は、前記油圧回路を備える建設機械であってもよい。更に、本発明は、前記油圧回路の制御方法であってもよい。

本発明の一の態様によれば、圧油が供給されることで駆動される油圧アクチュエータと、前記油圧アクチュエータの戻り油を回生する回生油路と、前記油圧アクチュエータの前記戻り油を再生する再生油路とを有し、前記戻り油は、前記回生油路及び前記再生油路の双方に流入し、前記回生油路は、前記戻り油のうちの前記再生油路で再生される圧油の残りからエネルギを回収する、油圧モータを含む回収部と、前記エネルギを回収された戻り油を排出する排出部とを備え、前記再生油路は、前記油圧アクチュエータのボトム側油室から流出させた前記戻り油のエネルギを利用して圧油をロッド側油室に再供給する、油圧回路であって、複数の前記油圧アクチュエータを有し、前記回生油路を用いて、複数の前記油圧アクチュエータのうちの一の油圧アクチュエータの戻り油の一部又は全部を回生し、前記再生油路を用いて、複数の前記油圧アクチュエータのうちの一の油圧アクチュエータの戻り油の一部又は全部を、前記一の油圧アクチュエータ若しくは他の油圧アクチュエータに再供給する、ことを特徴とする油圧回路が提供される。また、本発明の他の態様によれば、圧油が供給されることで駆動される油圧アクチュエータと、前記油圧アクチュエータの戻り油を回生する回生油路と、前記油圧アクチュエータの前記戻り油を再生する再生油路とを有し、前記戻り油は、前記回生油路及び前記再生油路の双方に流入し、前記回生油路は、前記戻り油のうちの前記再生油路で再生される圧油の残りからエネルギを回収する、油圧モータを含む回収部と、前記エネルギを回収された戻り油を排出する排出部とを備え、前記再生油路は、前記油圧アクチュエータのロッド側油室から流出させた前記戻り油のエネルギを利用して圧油をボトム側油室に再供給する、油圧回路であって、複数の前記油圧アクチュエータを有し、前記回生油路を用いて、複数の前記油圧アクチュエータのうちの一の油圧アクチュエータの戻り油の一部又は全部を回生し、前記再生油路を用いて、複数の前記油圧アクチュエータのうちの一の油圧アクチュエータの戻り油の一部又は全部を、前記一の油圧アクチュエータ若しくは他の油圧アクチュエータに再供給する、ことを特徴とする油圧回路が提供される。前記回収部は、発電機を出力軸に機械的に接続された前記油圧モータである、ことを特徴とする油圧回路であってもよい。前記油圧アクチュエータが前記戻り油を流出する油路に配置され、該戻り油を前記回生油路と前記再生油路とに分岐する分岐部を更に有する、ことを特徴とする油圧回路であってもよい。前記再生油路は、流通する前記戻り油の一部又は全部を蓄圧する蓄圧部を更に有する、ことを特徴とする油圧回路であってもよい。前記再生油路は、流通する前記戻り油の圧力エネルギを用いて、該戻り油の流量を増加させる圧油増量部を更に備え、前記圧油増量部は、流量を増加された該戻り油の一部又は全部を前記蓄圧部で蓄圧する、ことを特徴とする油圧回路であってもよい。上記油圧回路のいずれか一つに記載の油圧回路を備える建設機械であってもよい。

本発明の更に他の態様によれば、圧油が供給されることで駆動される油圧アクチュエータと、前記油圧アクチュエータの戻り油を回生する回生油路と、前記油圧アクチュエータの前記戻り油を再生する再生油路とを備え、前記戻り油は、前記回生油路及び前記再生油路の双方に流入し、複数の前記油圧アクチュエータが設けられる油圧回路の制御方法であって、前記油圧アクチュエータの戻り油を回生する回生ステップであって、前記回生油路に配置された、油圧モータを含む回収部を用いて前記戻り油のうちの前記再生油路で再生される圧油の残りからエネルギを回収し、該回生油路に配置された排出部を用いて前記エネルギを回収された戻り油を排出する回生ステップと、前記油圧アクチュエータの前記戻り油を再生する再生ステップであって、前記油圧アクチュエータのボトム側油室から流出させた前記戻り油のエネルギを利用して圧油をロッド側油室に再供給する再生ステップとを含み、前記回生ステップは、前記回生油路を用いて、複数の前記油圧アクチュエータのうちの一の油圧アクチュエータの戻り油の一部又は全部を回生し、前記再生ステップは、前記再生油路を用いて、複数の前記油圧アクチュエータのうちの一の油圧アクチュエータの戻り油の一部又は全部を、前記一の油圧アクチュエータ若しくは他の油圧アクチュエータに再供給する、ことを特徴とする油圧回路の制御方法が提供される。また、本発明の更に他の態様では、圧油が供給されることで駆動される油圧アクチュエータと、前記油圧アクチュエータの戻り油を回生する回生油路と、前記油圧アクチュエータの前記戻り油を再生する再生油路とを備え、前記戻り油は、前記回生油路及び前記再生油路の双方に流入し、複数の前記油圧アクチュエータが設けられる油圧回路の制御方法であって、前記油圧アクチュエータの戻り油を回生する回生ステップであって、前記回生油路に配置された、油圧モータを含む回収部を用いて前記戻り油のうちの前記再生油路で再生される圧油の残りからエネルギを回収し、該回生油路に配置された排出部を用いて前記エネルギを回収された戻り油を排出する回生ステップと、前記油圧アクチュエータの前記戻り油を再生する再生ステップであって、前記油圧アクチュエータのロッド側油室から流出させた前記戻り油のエネルギを利用して圧油をボトム側油室に再供給する再生ステップとを含み、前記回生ステップは、前記回生油路を用いて、複数の前記油圧アクチュエータのうちの一の油圧アクチュエータの戻り油の一部又は全部を回生し、前記再生ステップは、前記再生油路を用いて、複数の前記油圧アクチュエータのうちの一の油圧アクチュエータの戻り油の一部又は全部を、前記一の油圧アクチュエータ若しくは他の油圧アクチュエータに再供給する、ことを特徴とする油圧回路の制御方法が提供される。前記再生ステップは、前記再生油路に配置された蓄圧部を用いて、流通する前記戻り油の一部又は全部を蓄圧する蓄圧ステップを更に含む、ことを特徴とする油圧回路の制御方法であってもよい。前記再生ステップは、前記再生油路に配置された圧油増量部により、流通する前記戻り油の圧力エネルギを用いて、該戻り油の流量を増加させる圧油増量ステップを更に含む、ことを特徴とする油圧回路の制御方法であってもよい。

本発明に係る油圧回路、その油圧回路を備える建設機械又はその油圧回路の制御方法によれば、油圧アクチュエータの戻り油を回生する回生油路と再生する再生油路とを用いて、戻り油を回生又は再生することにより、エネルギの利用効率を向上することができる。

本発明の実施形態に係る建設機械の一例を説明する概略外観図である。 本発明の第１の実施形態に係る建設機械の油圧回路の一例を説明する概略回路図である。 本発明の第２の実施形態に係る建設機械の油圧回路の一例を説明する概略回路図である。 建設機械の油圧回路の他の例を説明する概略回路図である。

添付の図面を参照しながら、本発明の限定的でない例示の実施形態について説明する。なお、添付の全図面の中の記載で、同一又は対応する部材又は部品には、同一又は対応する参照符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面は、部材もしくは部品間の相対比を示すことを目的としない。したがって、具体的な寸法は、以下の限定的でない実施形態に照らし、当業者により決定することができる。

以後に、本発明の実施形態に係る建設機械を用いて、本発明を説明する。なお、本発明は、本実施形態以外でも、油圧アクチュエータ（油圧シリンダ、油圧モータなど）を備えるもの（機械、機器、装置、ユニット、システムなど）であって、油圧アクチュエータからの戻り油を再生する油圧回路を用いるものであればいずれのものにも用いることができる。また、本発明を用いることができる建設機械には、油圧ショベル、クレーン車、ブルドーザ、ホイールローダ及びダンプトラック、並びに、杭打ち機、杭抜き機、ウォータージェット、泥排水処理設備、グラウトミキサ、深礎工用機械及びせん孔機械などが含まれる。更に、本発明は、ハイブリッドショベル、バッテリーを備えた建設機械（作業機械）、アキュームレータを用いてエネルギを回収する機械などにも用いることができる。

本実施形態に係る建設機械１００を用いて、下記に示す順序で本発明を説明する。

１．建設機械の構成
２．第１の実施形態に係る油圧回路
３．第２の実施形態に係る油圧回路
［１．建設機械の構成］
図１を用いて、本発明の実施形態に係る建設機械１００の概略構成を説明する。

図１に示すように、本実施形態に係る建設機械１００は、キャブ（運転室）１０Ｃｂを搭載した上部旋回体１０Ｕｐと、車輪等を用いて建設機械１００の移動を行う下部走行体１０Ｄｗとを備える。また、建設機械１００は、アタッチメントとして、上部旋回体１０Ｕｐに基端部を軸支されたブーム１１と、ブーム１１の先端に軸支されたアーム１２と、アーム１２の先端に軸支されたバケット１３とを備える。更に、建設機械１００は、油圧アクチュエータとして、ブーム１１を駆動するブームシリンダ１１ａと、アーム１２を駆動するアームシリンダ１２ａと、バケット１３を駆動するバケットシリンダ１３ａとを備える。なお、本発明を用いることができる建設機械は、アームに取り付けるアタッチメント（又はエンドアタッチメント）として、バケット以外のアタッチメントを用いてもよい。

本実施形態に係る建設機械１００は、油圧回路（例えば後述する図２の１１０、又は、図３の１２０）を用いて、ブームシリンダ１１ａに作動油（圧油）を供給することによって、ブームシリンダ１１ａを長手方向に伸縮する。このとき、ブーム１１は、ブームシリンダ１１ａの伸縮によって、キャブ１０Ｃｂの前方及び上方で上下方向に駆動される。また、建設機械１００は、キャブ１０Ｃｂ内のオペレータ（運転者、作業者）の操作レバーの操作量（及び操作方向）に応じてブーム用方向制御弁を制御し、ブームシリンダ１１ａに供給される作動油を制御する。この結果、建設機械１００は、オペレータの操作レバーの操作量等に応じて、所望の作業を実施することができる。

ブーム１１の場合と同様に、建設機械１００は、アームシリンダ１２ａ及びバケットシリンダ１３ａの伸縮によって、キャブ１０Ｃｂの前方及び／又は上方でアーム１２及びバケット１３を駆動する。建設機械１００は、ブームシリンダ１１ａの場合と同様に、アーム用方向制御弁及びバケット用方向制御弁によって、アームシリンダ１２ａ及びバケットシリンダ１３ａに供給される作動油を制御する。

また、本実施形態に係る建設機械１００は、下部走行体１０Ｄｗの車輪及び旋回モータ１４Ｍを用いて、建設機械１００本体の走行（前後左右の移動）及び回転（旋回など）を行う。また、建設機械１００は、走行用の方向制御弁などを更に用いて、キャブ１０Ｃｂ内のオペレータの操作レバーの操作量などに応じて、建設機械１００の走行などを実施してもよい。

更に、本発明に係る建設機械１００は、回生油路（例えば後述する図２若しくは図３の２３Ｒｃ）を用いて、ブームシリンダ１１ａ、アームシリンダ１２ａ又はバケットシリンダ１３ａに供給した作動油（圧油）の戻り油（エネルギ）を回収する。また、建設機械１００は、再生油路（例えば後述する図２若しくは図３の２３Ｒｒ）を用いて、ブームシリンダ１１ａ等からの戻り油をブームシリンダ１１ａ等に再供給する。すなわち、建設機械１００は、回生油路を用いて油圧アクチュエータの戻り油を回生する動作（以下、「回生動作」という。）を実施し、再生油路を用いて油圧アクチュエータの戻り油を再生する動作（以下、「再生動作」という。）を実施することによって、エネルギ（例えば油圧ポンプが吐出した圧油）の利用効率を向上することができる。なお、本発明に係る回生動作及び再生動作は、後述する［２．第１の実施形態に係る油圧回路］で説明する。

［２．第１の実施形態に係る油圧回路］
図２を用いて、本発明の第１の実施形態に係る建設機械１００の油圧回路１１０を説明する。図２は、本実施形態に係る油圧回路１１０の一例を説明する概略回路図である。ここで、図２に記載した実線は、油路（圧油の通路）を示す。二重線は、機械的な接続（出力軸の連結）を示す。点線は、リモコン回路を示す。／／を付加している実線は、電気制御系を示す。

なお、図２は、本発明を説明するために油圧ポンプＰｍｐが吐出した圧油の油路を主に示し、その他の部分は省略している。また、図１に示す複数の油圧アクチュエータ（ブームシリンダ１１ａ等）の夫々の構成は同様のため、図２では代表して油圧アクチュエータＡｃｔのみを例示する。更に、図２は１つの油圧ポンプＰｍｐを備える例を示すが、本発明を用いることができる油圧回路は２つ以上の油圧ポンプを備えるものであってもよい。

図２に示すように、本実施形態に係る建設機械１００の油圧回路１１０は、圧油（作動油）を吐出する油圧ポンプＰｍｐと、油圧ポンプＰｍｐから吐出された圧油を供給される油圧アクチュエータＡｃｔ（図１のブームシリンダ１１ａ等）とを接続されている。また、油圧回路１１０は、オペレータが所望の操作量及び操作方向を入力する操作レバーＬｖｒと、操作レバーＬｖｒにより入力された操作量（及び操作方向）に応じて、後述する制御弁２１Ｖのパイロットポートに入力するパイロット圧を生成するパイロットポンプＰｍｐ−ＰＬとを接続されている。更に、油圧回路１１０は、油圧回路１１０の全体の動作を制御する制御手段２４を接続されている。なお、本実施形態に係る建設機械１００（図１）は、操作レバーＬｖｒとして、複数のアタッチメント（ブーム１１、アーム１２、バケット１３）及び旋回モータ１４Ｍ、並びに、下部走行体１０Ｄｗ（クローラなど）を夫々操作する複数の操作レバーを備える。

油圧ポンプＰｍｐは、油圧アクチュエータＡｃｔに供給する圧油（作動油）を吐出するものである。油圧ポンプＰｍｐは、本実施形態では、動力源のエンジン（不図示）の出力軸に機械的に接続され、動力源の動力を用いて圧油を吐出する。

油圧アクチュエータＡｃｔは、図２では油圧シリンダを示す。ここで、油圧シリンダとは、その伸縮動作によってアタッチメント（図１の１１等）を駆動するものである。油圧シリンダは、例えばシリンダ容器とピストン等で構成することができる。油圧シリンダは、制御弁２１Ｖ（後述）から供給された圧油（作動油）を用いて、長手方向に伸縮する。なお、油圧アクチュエータＡｃｔ（油圧シリンダ）からの戻り油（作動油）は、再生動作時には、後述する再生油路２３Ｒｒを経由して、油圧アクチュエータＡｃｔに再供給（再生）される。また、油圧アクチュエータＡｃｔからの戻り油（のエネルギ）は、回生動作時には、後述する回生油路２３Ｒｒの回収部２１Ｃで回収（回生）される。

制御手段２４は、オペレータによる操作レバーＬｖｒの操作量（及び操作方向）に応じて、油圧ポンプＰｍｐの吐出動作（例えばレギュレータの傾転角）を制御する。また、制御手段２４は、油圧ポンプＰｍｐの吐出動作を制御することによって、吐出された圧油を制御弁２１Ｖに供給する。更に、制御手段２４は、制御弁２１Ｖの動作を制御することによって、制御弁２１Ｖから油圧アクチュエータＡｃｔに供給する作動油（圧油）の流量及び方向を制御する。制御手段２４は、圧力センサＳｎｓ１乃至Ｓｎｓ３が検出した検出結果（圧力）を更に用いて、油圧ポンプＰｍｐ等の動作を制御してもよい。

ここで、圧力センサＳｎｓ１は、操作レバーＬｖｒの一の方向（例えばブーム上げ方向、アーム開き方向、バケット開き方向、又は、右旋回方向）の入力圧（操作量）を検出するためのセンサである。圧力センサＳｎｓ２は、操作レバーＬｖｒの他の方向（例えばブーム下げ方向、アーム閉じ方向、バケット閉じ方向、又は、左旋回方向）の入力圧（操作量）を検出するためのセンサである。圧力センサＳｎｓ３は、油圧アクチュエータＡｃｔ（本実施形態では油圧シリンダのロッドチャンバ内）の圧力を検出するためのセンサである。

本発明に係る制御手段２４は、建設機械１００の動作状態（例えばブーム１１などの姿勢、負荷圧など）に応じて、回生動作及び再生動作を制御する。なお、本発明に係る回生動作及び再生動作の例は、後述する［油圧回路の制御方法］で説明する。

制御手段２４は、例えば建設機械１００の動作を制御するために搭載されたコントローラを利用してもよい。ここで、コントローラは、ＣＰＵ（ Central Processing Unit ）及びＲＡＭ( Random Access Memory )、ＲＯＭ（ Read Only Memory ）等を含む演算処理装置で構成される。

また、本実施形態に係る油圧回路１１０は、油圧ポンプＰｍｐから吐出された圧油を供給される制御弁（例えば方向制御弁）２１Ｖを備える。

制御弁２１Ｖは、油圧アクチュエータＡｃｔ（図１のブームシリンダ１１ａなど）に供給する圧油の流量及び流れ方向を制御するもの（ブーム用方向制御弁など）である。制御弁２１Ｖは、パイロットポンプＰｍｐ−ＰＬから入力されたパイロット圧に応じて、その内部通路の経路を変化される。具体的には、制御弁２１Ｖは、オペレータが操作した操作レバーの操作量（及び操作方向）に応じたパイロット圧をパイロットポートに入力されて、スプール位置を切り替えられ、油圧アクチュエータＡｃｔに供給する圧油（作動油）の流量（操作量）及び流れ方向（操作方向）を変化する。なお、本実施形態に係る建設機械１００（図１）は、制御弁２１Ｖとして、複数の油圧アクチュエータ（図１のブームシリンダ１１ａ、アームシリンダ１２ａ、バケットシリンダ１３ａ及び旋回モータ１４Ｍ）を夫々制御する複数の制御弁（図２では不図示）を備える。

更に、本発明に係る油圧回路１１０は、油圧アクチュエータＡｃｔ（ブームシリンダ１１ａ等）の戻り油を回生する回生油路２３Ｒｃと、油圧アクチュエータＡｃｔの戻り油を再生する再生油路２３Ｒｒとを有する。また、本発明に係る油圧回路１１０は、戻り油を回生油路２３Ｒｃと再生油路２３Ｒｒとに分岐する分岐部２３Ｂｒを更に有する。

回生油路２３Ｒｃは、油圧アクチュエータＡｃｔからの戻り油が有するエネルギ（余剰エネルギ）を回生（回収）する油路である。回生油路２３Ｒｃは、油圧アクチュエータＡｃｔからの戻り油のエネルギを回収する回収部２１Ｃと、エネルギを回収された戻り油を排出する排出部２１ｅｘ（例えばタンクなど）とを備える。

回収部２１Ｃは、本実施形態では、発電機Ｇｎｒを出力軸に機械的に接続された油圧モータを用いる。なお、回収部２１Ｃは、戻り油の一部若しくは全部を蓄圧する蓄圧器（アキュームレータなど）を用いてもよい。ここで、発電機Ｇｎｒは、油圧モータ（回収部２１Ｃ）の出力軸から駆動力を伝達されたときに、その駆動力を電気エネルギに変換し、変換した電気エネルギを図示しない蓄電器（二次電池など）に蓄電（回収）する。

再生油路２３Ｒｒは、油圧アクチュエータＡｃｔに戻り油の一部又は全部を再生（再供給）する油路である。再生油路２３Ｒｒは、本実施形態では、戻り油の流量を増加させる圧油増量部２２Ｆと、流量を増加させられた戻り油を蓄圧する蓄圧部２２Ａと、を備える。また、再生油路２３Ｒｒは、圧油増量部２２Ｆの上流側及び蓄圧部２２Ａの下流側に再生用制御弁２２Ｖａと再生用制御弁２２Ｖｂとを夫々配置されている。

圧油増量部２２Ｆは、油圧アクチュエータＡｃｔからの戻り油の圧力エネルギを用いて、戻り油の流量を増加させる。圧油増量部２２Ｆは、例えば流入側の受圧面積と流出側の受圧面積とが異なる油圧シリンダを用いることができる。圧油増量部２２Ｆは、流入側の受圧面積と流出側の受圧面積との比率に応じて、流入された戻り油の流量を増加する。なお、圧油増量部２２Ｆは、回転式の油圧システムを用いてもよい。

蓄圧部２２Ａは、戻り油の一部若しくは全部を蓄圧する蓄圧器（アキュームレータなど）を用いることができる。また、蓄圧部２２Ａは、圧油増量部２２Ｆで流量を増加された圧油（戻り油）の一部又は全部を蓄圧される。

再生用制御弁２２Ｖａ及び再生用制御弁２２Ｖｂは、流通する圧油の流量（及び流れ方向）を制御するものである。再生用制御弁２２Ｖａ及び再生用制御弁２２Ｖｂは、制御手段２４によって、その開度を制御される。すなわち、本発明に係る油圧回路１１０（制御手段２４）は、再生用制御弁２２Ｖａの開度を制御することによって、第１の再生油路２３Ｒｒａから圧油増量部２２Ｆに流入する圧油の流量を制御する。また、油圧回路１１０（制御手段２４）は、再生用制御弁２２Ｖｂの開度を制御することによって、蓄圧部２２Ａで蓄圧する圧油の流量及び第２の再生油路２３Ｒｒｂに供給する圧油の流量を制御することができる。これにより、油圧回路１１０（制御手段２４）は、蓄圧部２２Ａに所望の圧力で蓄圧及び放圧することができる。また、油圧回路１１０（制御手段２４）は、油圧アクチュエータＡｃｔに所望の流量で再供給することができる。

分岐部２３Ｂｒは、戻り油を回生油路２３Ｒｃと再生油路２３Ｒｒとに分岐するものである。分岐部２３Ｂｒは、油圧アクチュエータＡｃｔが戻り油を流出する油路に配置されている。すなわち、回生油路２３Ｒｃと再生油路２３Ｒｒとの上流側の戻り油が流通する油路に配置されている。

［油圧回路の制御方法］
本発明の第１の実施形態に係る油圧回路１１０の回生動作（戻り油を回生する動作）及び再生動作（戻り油を再供給する動作）の例を説明する。なお、本発明に係る油圧回路１１０の回生動作及び再生動作は下記に説明するものに限定されるものではない。

本発明に係る油圧回路１１０（制御手段２４）は、回生ステップとして、油圧アクチュエータＡｃｔ（図２）の戻り油の余剰エネルギを回生（回収）する。ここで、回生ステップでは、油圧回路１１０は、回生油路２３Ｒｃ（図２）に配置された回収部２１Ｃ（図２）を用いて、油圧アクチュエータＡｃｔから排出された戻り油のエネルギを回収する。また、回生油路２３Ｒｃに配置された排出部２１ｅｘ（図２）を用いて、エネルギを回収された戻り油を排出する。

油圧回路１１０は、例えば回収部２１Ｃとしてアキュームレータ（蓄圧器）を用いた場合に、回生ステップとして、戻り油（圧油）を用いてアキュームレータを蓄圧して、戻り油の余剰エネルギ（圧力エネルギ）を回収することができる。また、油圧回路１１０は、例えば回収部２１Ｃとして油圧モータを用いた場合に、回生ステップとして、発電機Ｇｎｒ（図２）を用いて、戻り油の圧力エネルギを電気エネルギに変換して、戻り油の余剰エネルギ（圧力エネルギ）を回収することができる。

本発明に係る油圧回路１１０（制御手段２４）は、再生ステップとして、油圧アクチュエータＡｃｔからの戻り油を油圧アクチュエータＡｃｔに再生（再供給）する。ここで、再生ステップでは、油圧回路１１０は、図２に示すように、再生油路２３Ｒｒを経由して（図２のｆ１〜ｆ３）、戻り油の一部又は全部を油圧アクチュエータＡｃｔに再供給する。

油圧回路１１０は、例えば再生油路２３Ｒｒ（図２）に配置される蓄圧部２２Ａ（図２）を用いた場合に、再生ステップとして、流通する戻り油の一部又は全部を蓄圧する蓄圧ステップを更に含んでもよい。また、油圧回路１１０は、再生油路２３Ｒｒに配置される圧油増量部２２Ｆ（図２）を用いた場合に、再生ステップとして、圧油増量部２２Ｆに流入する戻り油の圧力エネルギを用いて、圧油（戻り油）の流量を増加させる圧油増量ステップを更に含んでもよい。

以下に、本発明の第１の実施形態に係る油圧回路１１０を備える建設機械１００の回生動作及び再生動作の具体例を説明する。なお、本発明に係る建設機械１００（油圧回路１１０）の回生動作及び再生動作は下記に説明するものに限定されるものではない。

（１）建設機械１００（油圧回路１１０）は、ブーム１１（図１）の下げ動作（ブームシリンダ１１ａの縮み動作）時の再生動作では、再生油路２３Ｒｒ等を用いて、ブームシリンダ１１ａのボトム側から流出した圧油（戻り油）をロッド側に再供給する。また、建設機械１００は、アーム１２（図１）の閉じ動作（アームシリンダ１２ａの伸び動作）時の再生動作では、再生油路２３Ｒｒ等を用いて、アームシリンダ１２ａのロッド側から流出した圧油（戻り油）をボトム側に再供給する。これにより、建設機械１００は、油圧回路１１０の油圧ポンプＰｍｐ（図２）の吐出流量を減少させることができる。このとき、建設機械１００は、再生油路２３Ｒｒの圧油増量部２２Ｆ（図２）を更に用いて圧油の流量を増加（高圧流体から低圧流体に変換）させることによって、再供給する圧油の流量を確保するとともに、蓄圧部２２Ａ（図２）を用いて増加させられた圧油（の一部）を蓄圧（回収）することができる。すなわち、建設機械１００は、蓄圧部２２Ａを用いて、戻り油の余剰エネルギで再生（再供給）に使用しないエネルギを回収することによって、エネルギ効率を向上することができる。また、建設機械１００は、圧油増量部２２Ｆを更に用いて圧油を高圧流体から低圧流体に変換させることによって、高圧時に発生する損失（流体損失、摩擦損失など）を低減することができる。更に、建設機械１００は、圧油増量部２２Ｆを更に用いて圧油を例えば２倍に増量することで油圧ポンプＰｍｐの吐出を停止することができる。

（２）建設機械１００（油圧回路１１０）は、ブーム１１（図１）の下げ動作時若しくはアーム１２（図１）の閉じ動作時の回生動作及び再生動作では、回生油路２３Ｒｃ等を用いて、ブームシリンダ１１ａのボトム側若しくはアームシリンダ１２ａのロッド側から流出した圧油（戻り油）のエネルギを回生する。また、建設機械１００は、上記（１）と同様に再生油路２３Ｒｒ等を用いて再生する。これにより、建設機械１００は、戻り油の余剰エネルギを回収することによって、エネルギ効率を向上することができる。また、建設機械１００は、回生されない分の圧油を再生回路２３Ｒｒに供給するので、再生回路２３Ｒｒに流通する圧油の流量を低減させることができ、発生する損失（流体損失、摩擦損失など）を低減することができる。

建設機械１００（油圧回路１１０）は、例えばブームシリンダ１１ａの縮み動作時（ブーム１１の下げ動作時）で自重で降下する場合に、ブームシリンダ１１ａのボトム側から流出した圧油（戻り油）で圧油増量部２２Ｆを駆動し、圧油の流量を増加させ、増加させた圧油をブームシリンダ１１ａのロッド側に補給（再供給）する。このとき、建設機械１００（油圧回路１１０）は、例えば４倍に圧油を増量することで、ボトム側から流出した圧油の１／８の流量で圧油増量部２２Ｆを駆動し、油圧ポンプＰｍｐの吐出動作を不要とすることができる。また、建設機械１００（油圧回路１１０）は、ボトム側から流出した圧油の残りからエネルギを回生することができる。

（３）建設機械１００（油圧回路１１０）は、建設機械１００（ブーム１１など）の姿勢や負荷によって負荷圧が異なる場合に、再生回路２３Ｒｒの再生用制御弁２２Ｖａ、２２Ｖｂの開度を制御することによって、圧油増量部２２Ｆ及び蓄圧部２２Ａを用いて再生する圧油の圧力を所望の圧力に変更する。これにより、建設機械１００（油圧回路１１０）は、例えば蓄圧部２２Ａ（アキュームレータ）を高効率で使用できる圧力（蓄圧範囲、放圧範囲）に圧油の圧力を変更することができる。

（４）建設機械１００（油圧回路１１０）は、回生油路２３Ｒｃを用いて複数の油圧アクチュエータのうちの一の油圧アクチュエータの戻り油の一部又は全部を回生する。また、建設機械１００（油圧回路１１０）は、再生油路２３Ｒｒを用いて、複数の油圧アクチュエータのうちの一の油圧アクチュエータの戻り油の一部又は全部を、一の油圧アクチュエータ若しくは他の油圧アクチュエータに再供給する。これにより、建設機械１００（油圧回路１１０）は、油圧ポンプＰｍｐが吐出した圧油を有効に活用することができる。

以上のとおり、本発明の第１の実施形態に係る油圧回路１１０又は油圧回路１１０を備える建設機械１００によれば、油圧アクチュエータＡｃｔの戻り油を回生する回生油路２３Ｒｃと再生する再生油路２３Ｒｒとを用いて、戻り油を回生又は再生することにより、エネルギの利用効率を向上することができる。また、本発明に係る油圧回路１１０又は建設機械１００によれば、再生動作時に例えば油圧回路３００（図４）に配置した絞り（メータアウト制御弁）Ｖｅｘによってエネルギ損失が発生する場合と比較して、エネルギの損失を低減することができる。更に、本発明に係る油圧回路１１０又は建設機械１００によれば、戻り油の圧力と回収部２１Ｃの蓄圧（例えばアキュームレータの作動圧）との圧力差を無段変速機で調圧する場合と比較して、無段変速機が不要のため、油圧回路の構成を単純化することができる。すなわち、本発明に係る油圧回路１１０又は建設機械１００によれば、小型化及び制御が容易となり、汎用性が高く、様々な用途に容易に適用することができるという有利な効果を有する。

［３．第２の実施形態に係る油圧回路］
図３を用いて、本発明の第２の実施形態に係る建設機械１００の油圧回路１２０を説明する。図３は、本実施形態に係る油圧回路１２０の一例を説明する概略回路図である。図３に記載した実線は、油路（圧油の通路）を示す。二重線は、機械的な接続（出力軸の連結）を示す。点線は、リモコン回路を示す。／／を付加している実線は、電気制御系を示す。

なお、図３に示す本実施形態に係る油圧回路１２０は、第１の実施形態に係る油圧回路１１０と同様の部分があるため、異なる部分を主に説明する。

図３に示すように、本実施形態に係る油圧回路１２０は、油圧ポンプ（不図示）から吐出された圧油を供給される油圧アクチュエータＡｃｔ（例えば図１のブームシリンダ１１ａ）を有する。また、本実施形態に係る油圧回路１２０は、油圧アクチュエータＡｃｔの戻り油を回生する回生油路２３Ｒｃと、油圧アクチュエータＡｃｔの戻り油を再生する再生油路２３Ｒｒとを有する。

本実施形態に係る油圧回路１２０は、再生油路２３Ｒｒが油圧ポンプＰｍｐの油圧ライン（吐出した圧油を供給する油路）に配置（介装）されている点、及び、圧油増量部２２Ｆを備えない点で、第１の実施形態に係る油圧回路１１０と異なる。なお、それ以外の部分（例えば回収部２１Ｃ、蓄圧部２２Ａなどの構成及び機能）は、第１の実施形態に係る油圧回路１１０と同様のため、説明を省略する。

本実施形態に係る油圧回路１２０は、回生ステップとして、油圧アクチュエータＡｃｔからの戻り油（のエネルギ）を回収部２１Ｃ（回生油路２３Ｒｃ）で回収する。また、本実施形態に係る油圧回路１２０は、再生ステップとして、予め他の動作時に蓄圧していた蓄圧部２２Ａの圧油を用いて、油圧ポンプＰｍｐが吐出した圧油に蓄圧していた圧油を合流させ、油圧アクチュエータＡｃｔに供給する。

本実施形態に係る建設機械１００（油圧回路１２０）は、例えば油圧シリンダの伸び動作時（ブーム１１の上げ動作時など）に、油圧シリンダの背圧を回収部２１Ｃ（アキュムレータなど）に蓄圧する。これにより、建設機械１００（油圧回路１２０）は、例えば油圧シリンダの縮み動作時（ブーム１１の下げ動作時など）に、回収部２１Ｃを放圧することでアシスト（圧油を補給）することができる。すなわち、建設機械１００（油圧回路１２０）は、自重降下の保持圧を再生として使用せず、回生するエネルギとして有効に使用することができる。

以上のとおり、本発明の第２の実施形態に係る油圧回路１２０又は油圧回路１２０を備える建設機械１００によれば、油圧アクチュエータＡｃｔの戻り油を回生する回生油路２３Ｒｃと再生する再生油路２３Ｒｒとを用いて、戻り油を回生又は再生することにより、エネルギの利用効率を向上することができる。また、本発明の第２の実施形態に係る油圧回路１２０によれば、第１の実施形態に係る油圧回路１１０と同様の効果を得ることができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に制限されるものではない。また、本発明は、添付の特許請求の範囲に照らし、種々に変形又は変更することが可能である。

１００ ： 建設機械
１１０，１２０ ： 油圧回路
１０Ｃｂ： キャブ（運転室）
１０Ｕｐ： 上部旋回体
１０Ｄｗ： 下部走行体
１１ ： ブーム
１１ａ ： ブームシリンダ
１２ ： アーム
１２ａ ： アームシリンダ
１３ ： バケット
１３ａ ： バケットシリンダ
１４Ｍ ： 旋回モータ
２１Ｃ ： 回収部（油圧モータ、蓄圧器など）
２１ｅｘ： 排出部（タンクなど）
２１Ｖ ： 制御弁
２２Ａ ： 蓄圧部（蓄圧器、アキュームレータなど）
２２Ｆ ： 圧油増量部（シリンダなど）
２２Ｖ，２２Ｖａ，２２Ｖｂ： 再生用制御弁
２２ｖｃ： 制御弁（方向制御弁など）
２３Ｒｃ： 回生油路
２３Ｒｒ： 再生油路
２３Ｂｒ： 分岐部
２４ ： 制御手段（コントローラなど）
Ｐｍｐ ： 油圧ポンプ
Ｐｍｐ―ＰＬ： パイロットポンプ
Ａｃｔ ： 油圧アクチュエータ
Ｇｎｒ ： 発電機
Ｔｎｋ ： タンク（作動油タンク）
Ｌｖｒ ： 操作レバー
Ｓｎｓ１，Ｓｎｓ２，Ｓｎｓ３：圧力センサ

Claims (11)

1. 圧油が供給されることで駆動される油圧アクチュエータと、
   前記油圧アクチュエータの戻り油を回生する回生油路と、
   前記油圧アクチュエータの前記戻り油を再生する再生油路と
   を有し、
   前記戻り油は、前記回生油路及び前記再生油路の双方に流入し、
   前記回生油路は、前記戻り油のうちの前記再生油路で再生される圧油の残りからエネルギを回収する、油圧モータを含む回収部と、前記エネルギを回収された戻り油を排出する排出部とを備え、
   前記再生油路は、前記油圧アクチュエータのボトム側油室から流出させた前記戻り油のエネルギを利用して圧油をロッド側油室に再供給する、油圧回路であって、
   複数の前記油圧アクチュエータを有し、
   前記回生油路を用いて、複数の前記油圧アクチュエータのうちの一の油圧アクチュエータの戻り油の一部又は全部を回生し、
   前記再生油路を用いて、複数の前記油圧アクチュエータのうちの一の油圧アクチュエータの戻り油の一部又は全部を、前記一の油圧アクチュエータ若しくは他の油圧アクチュエータに再供給する、
   ことを特徴とする油圧回路。
2. 圧油が供給されることで駆動される油圧アクチュエータと、
   前記油圧アクチュエータの戻り油を回生する回生油路と、
   前記油圧アクチュエータの前記戻り油を再生する再生油路と
   を有し、
   前記戻り油は、前記回生油路及び前記再生油路の双方に流入し、
   前記回生油路は、前記戻り油のうちの前記再生油路で再生される圧油の残りからエネルギを回収する、油圧モータを含む回収部と、前記エネルギを回収された戻り油を排出する排出部とを備え、
   前記再生油路は、前記油圧アクチュエータのロッド側油室から流出させた前記戻り油のエネルギを利用して圧油をボトム側油室に再供給する、油圧回路であって、
   複数の前記油圧アクチュエータを有し、
   前記回生油路を用いて、複数の前記油圧アクチュエータのうちの一の油圧アクチュエータの戻り油の一部又は全部を回生し、
   前記再生油路を用いて、複数の前記油圧アクチュエータのうちの一の油圧アクチュエータの戻り油の一部又は全部を、前記一の油圧アクチュエータ若しくは他の油圧アクチュエータに再供給する、
   ことを特徴とする油圧回路。
3. 前記回収部は、発電機を出力軸に機械的に接続された前記油圧モータである、
   ことを特徴とする、請求項１又は２に記載の油圧回路。
4. 前記油圧アクチュエータが前記戻り油を流出する油路に配置され、該戻り油を前記回生油路と前記再生油路とに分岐する分岐部を更に有する、
   ことを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の油圧回路。
5. 前記再生油路は、流通する前記戻り油の一部又は全部を蓄圧する蓄圧部を更に有する、
   ことを特徴とする、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の油圧回路。
6. 前記再生油路は、流通する前記戻り油の圧力エネルギを用いて、該戻り油の流量を増加させる圧油増量部を更に備え、
   前記圧油増量部は、流量を増加された該戻り油の一部又は全部を前記蓄圧部で蓄圧する、
   ことを特徴とする、請求項５に記載の油圧回路。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の油圧回路を備える建設機械。
8. 圧油が供給されることで駆動される油圧アクチュエータと、前記油圧アクチュエータの戻り油を回生する回生油路と、前記油圧アクチュエータの前記戻り油を再生する再生油路とを備え、前記戻り油は、前記回生油路及び前記再生油路の双方に流入し、複数の前記油圧アクチュエータが設けられる油圧回路の制御方法であって、
   前記油圧アクチュエータの戻り油を回生する回生ステップであって、前記回生油路に配置された、油圧モータを含む回収部を用いて前記戻り油のうちの前記再生油路で再生される圧油の残りからエネルギを回収し、該回生油路に配置された排出部を用いて前記エネルギを回収された戻り油を排出する回生ステップと、
   前記油圧アクチュエータの前記戻り油を再生する再生ステップであって、前記油圧アクチュエータのボトム側油室から流出させた前記戻り油のエネルギを利用して圧油をロッド側油室に再供給する再生ステップと
   を含み、
   前記回生ステップは、前記回生油路を用いて、複数の前記油圧アクチュエータのうちの一の油圧アクチュエータの戻り油の一部又は全部を回生し、
   前記再生ステップは、前記再生油路を用いて、複数の前記油圧アクチュエータのうちの一の油圧アクチュエータの戻り油の一部又は全部を、前記一の油圧アクチュエータ若しくは他の油圧アクチュエータに再供給する、
   ことを特徴とする油圧回路の制御方法。
9. 圧油が供給されることで駆動される油圧アクチュエータと、前記油圧アクチュエータの戻り油を回生する回生油路と、前記油圧アクチュエータの前記戻り油を再生する再生油路とを備え、前記戻り油は、前記回生油路及び前記再生油路の双方に流入し、複数の前記油圧アクチュエータが設けられる油圧回路の制御方法であって、
   前記油圧アクチュエータの戻り油を回生する回生ステップであって、前記回生油路に配置された、油圧モータを含む回収部を用いて前記戻り油のうちの前記再生油路で再生される圧油の残りからエネルギを回収し、該回生油路に配置された排出部を用いて前記エネルギを回収された戻り油を排出する回生ステップと、
   前記油圧アクチュエータの前記戻り油を再生する再生ステップであって、前記油圧アクチュエータのロッド側油室から流出させた前記戻り油のエネルギを利用して圧油をボトム側油室に再供給する再生ステップと
   を含み、
   前記回生ステップは、前記回生油路を用いて、複数の前記油圧アクチュエータのうちの一の油圧アクチュエータの戻り油の一部又は全部を回生し、
   前記再生ステップは、前記再生油路を用いて、複数の前記油圧アクチュエータのうちの一の油圧アクチュエータの戻り油の一部又は全部を、前記一の油圧アクチュエータ若しくは他の油圧アクチュエータに再供給する、
   ことを特徴とする油圧回路の制御方法。
10. 前記再生ステップは、前記再生油路に配置された蓄圧部を用いて、流通する前記戻り油の一部又は全部を蓄圧する蓄圧ステップを更に含む、
    ことを特徴とする、請求項８又は９に記載の油圧回路の制御方法。
11. 前記再生ステップは、前記再生油路に配置された圧油増量部により、流通する前記戻り油の圧力エネルギを用いて、該戻り油の流量を増加させる圧油増量ステップを更に含む、
    ことを特徴とする、請求項１０に記載の油圧回路の制御方法。

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