特許 6453898 作業機械の油圧駆動システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6453898

(24)【登録日】2018年12月21日

(45)【発行日】2019年1月16日

(54)【発明の名称】作業機械の油圧駆動システム

(51)【国際特許分類】

   F15B 11/024 20060101AFI20190107BHJP

   F15B 11/02 20060101ALI20190107BHJP

   E02F 9/22 20060101ALI20190107BHJP

【ＦＩ】

   F15B11/024 A

   F15B11/02 C

   E02F9/22 M

【請求項の数】5

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2016-551440(P2016-551440)

(86)(22)【出願日】2014年10月2日

(86)【国際出願番号】JP2014076470

(87)【国際公開番号】WO2016051579

(87)【国際公開日】20160407

【審査請求日】2017年3月29日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005522

【氏名又は名称】日立建機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001829

【氏名又は名称】特許業務法人開知国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】土方 聖二

(72)【発明者】

【氏名】石川 広二

(72)【発明者】

【氏名】大木 孝利

(72)【発明者】

【氏名】井村 進也

【審査官】 北村 一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−２０４２２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１９０２６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／０１８０４７０（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１５Ｂ １１／００−１１／２２；２１／１４

Ｅ０２Ｆ ９／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

油圧ポンプ装置と、この油圧ポンプ装置から圧油が供給され第１被駆動体を駆動する第１油圧アクチュエータと、前記油圧ポンプ装置から圧油が供給され第２被駆動体を駆動する第２油圧アクチュエータと、前記油圧ポンプ装置から前記第１油圧アクチュエータに供給される圧油の流れを制御する第１制御弁と、前記油圧ポンプ装置から前記第２油圧アクチュエータに供給される圧油の流れを制御する第２制御弁と、前記第１被駆動体の動作を指令する操作信号を出力し前記第１制御弁を切り換える第１操作装置と、前記第２被駆動体の動作を指令する操作信号を出力し前記第２制御弁を切り換える第２操作装置とを備え、
前記第１油圧アクチュエータは、前記第１操作装置が前記第１被駆動体の自重落下方向に操作されたときに、前記第１被駆動体の自重落下によりボトム側から圧油を排出しロッド側から圧油を吸入する油圧シリンダである作業機械の油圧駆動システムにおいて、
前記油圧シリンダのボトム側を前記油圧ポンプ装置と前記第２油圧アクチュエータとの間に接続する再生通路及び前記油圧シリンダのボトム側から排出される圧油の少なくとも一部を前記再生通路を介して前記油圧ポンプ装置と前記第２油圧アクチュエータの間に供給する再生制御弁を有する再生回路と、
前記油圧シリンダのボトム側を前記油圧シリンダのロッド側に接続する連通通路及び前記連通通路に配置され、前記第１操作装置の前記第１被駆動体の自重落下方向の操作信号に基づいて全開し、前記油圧シリンダのボトム側をロッド側に連通させることで前記油圧シリンダのボトム側の圧力を昇圧させる連通昇圧弁を有する昇圧回路と、
前記第１操作装置が前記第１被駆動体の自重落下方向に操作され、これと同時に前記第２操作装置が操作されたとき、前記油圧シリンダのボトム側の圧力が前記油圧ポンプ装置と前記第２油圧アクチュエータとの間の圧力よりも高い場合に前記再生制御弁を開弁して前記油圧シリンダのボトム側から前記油圧ポンプ装置と前記第２油圧アクチュエータとの間に供給される圧油の流量を制御する制御装置とを備え、
前記第１制御弁は、前記第１操作装置が前記第１被駆動体の自重落下方向に操作されたときにメータアウト通路がタンクに連通すると共に、メータイン通路が閉じるように構成され、
前記連通昇圧弁は、全開したときに前記油圧シリンダのボトム側とロッド側の圧力が同圧となるように最大開口面積が設定されており、
前記第１操作装置が前記第１被駆動体の自重落下方向に操作された場合に、前記第１制御弁が前記メータイン通路が閉じる方向に切り換えられると共に、前記連通昇圧弁が全開し、前記油圧シリンダのボトム側の圧力を前記油圧シリンダのボトム側とロッド側の受圧面積比に応じた倍率で昇圧させることを特徴とする油作業機械の油圧駆動システム。

【請求項2】

請求項１に記載の作業機械の油圧駆動システムにおいて、
前記油圧シリンダのボトム側とタンクとの間に設けられた排出絞り弁を更に備え、
前記制御装置は、前記第１操作装置の前記第１被駆動体の自重落下方向の操作量と、前記油圧シリンダのボトム側の圧力と、前記油圧ポンプ装置と前記第２油圧アクチュエータとの間の圧力とに基づいて前記排出絞り弁を制御することを特徴とする作業機械の油圧駆動システム。

【請求項3】

請求項２に記載の作業機械の油圧駆動システムにおいて、
前記制御装置は、前記第１操作装置の前記第１被駆動体の自重落下方向の操作信号に基づいて前記油圧シリンダのボトム側から排出されるべき目標ボトム流量を算出するとともに、前記第２制御弁が要求する再生可能流量を算出し、前記目標ボトム流量と前記再生可能流量のうち、小さい方を目標再生流量として設定し、前記目標ボトム流量から前記目標再生流量を差し引いて目標排出流量を算出し、前記第２油圧アクチュエータ側に再生される圧油の流量が前記目標再生流量に一致するよう前記再生制御弁を制御し、前記タンクに戻される流量が前記目標排出流量に一致するよう前記排出絞り弁を制御することを特徴とする作業機械の油圧駆動システム。

【請求項4】

請求項１に記載の作業機械の油圧駆動システムにおいて、
前記再生制御弁は、前記油圧シリンダのボトム側からタンクに排出される圧油の流量を制御する第１絞りと、前記油圧シリンダのボトム側から前記油圧ポンプ装置と前記第２油圧アクチュエータの間に供給される圧油の流量を制御する第２絞りとを有し、
前記制御装置は、前記第１操作装置の前記第１被駆動体の自重落下方向の操作量と、前記油圧シリンダのボトム側の圧力と、前記油圧ポンプ装置と前記第２油圧アクチュエータとの間の圧力とに基づいて、前記再生制御弁を制御することを特徴とする作業機械の油圧駆動システム。

【請求項5】

請求項１〜４のいずれか１項に記載の作業機械の油圧駆動システムにおいて、
前記油圧ポンプ装置は少なくとも１つの可変容量型の油圧ポンプを含み、
前記制御装置は、前記再生制御弁を開弁して前記油圧シリンダのボトム側から前記油圧ポンプと前記第２油圧アクチュエータとの間に圧油を供給するとき、前記油圧シリンダのボトム側から前記油圧ポンプと前記第２油圧アクチュエータとの間に供給される再生流量分、前記油圧ポンプの容量を減少させるよう制御することを特徴とする作業機械の油圧駆動システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、作業機械の油圧駆動システムに係わり、特に、被駆動部材（例えばブーム）の自重落下等、被駆動部材の慣性エネルギーにより油圧アクチュエータから排出された圧油を他の油圧アクチュエータの駆動に再利用（再生）する再生回路を備えた油圧ショベルなどの作業機械の油圧駆動システムに関する。

【背景技術】

【0002】

ブームの自重落下によりブームシリンダから排出された圧油をアームシリンダの駆動に再利用（再生）する再生回路を備えた作業機械の油圧駆動システムが知られており、その一例が特許文献１に記載されている。この特許文献１の油圧駆動システムでは、ブームシリンダからの排出油をアームシリンダに再生するとき、その分、アームシリンダに圧油を供給する油圧ポンプの吐出流量を減少させ、エンジンの燃費の向上を図っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１０−１９０２６１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１の油圧駆動システムでは、ブームシリンダからアームシリンダへの圧油の再生分、油圧ポンプの吐出流量を減少させ燃費向上を図るため、省エネルギー化を図ることができる。

【0005】

しかし、通常、一連の掘削作業においてはブームシリンダのボトム側の圧力はアームシリンダに圧油を供給する油圧ポンプの吐出圧やアームシリンダの負荷圧よりも低いことが多く、油は圧力が高い所から低い所に流れるという性質上、実際には再生する頻度が少なくなり、十分な省エネルギー化を図ることが難しい。

【0006】

本発明の目的は、油圧アクチュエータから排出された圧油を他の油圧アクチュエータの駆動に再生する場合に、再生頻度を増加させ、更なる省エネルギー化を図ることができる作業機械の油圧駆動システムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

（１）上記目的を達成するために、本発明は、油圧ポンプ装置と、この油圧ポンプ装置から圧油が供給され第１被駆動体を駆動する第１油圧アクチュエータと、前記油圧ポンプ装置から圧油が供給され第２被駆動体を駆動する第２油圧アクチュエータと、前記油圧ポンプ装置から前記第１油圧アクチュエータに供給される圧油の流れを制御する第１制御弁と、前記油圧ポンプ装置から前記第２油圧アクチュエータに供給される圧油の流れを制御する第２制御弁と、前記第１被駆動体の動作を指令する操作信号を出力し前記第１制御弁を切り換える第１操作装置と、前記第２被駆動体の動作を指令する操作信号を出力し前記第２制御弁を切り換える第２操作装置とを備え、前記第１油圧アクチュエータは、前記第１操作装置が前記第１被駆動体の自重落下方向に操作されたときに、前記第１被駆動体の自重落下によりボトム側から圧油を排出しロッド側から圧油を吸入する油圧シリンダである作業機械の油圧駆動システムにおいて、前記油圧シリンダのボトム側を前記油圧ポンプ装置と前記第２油圧アクチュエータとの間に接続する再生通路及び前記油圧シリンダのボトム側から排出される圧油の少なくとも一部を前記再生通路を介して前記油圧ポンプ装置と前記第２油圧アクチュエータの間に供給する再生制御弁を有する再生回路と、前記油圧シリンダのボトム側を前記油圧シリンダのロッド側に接続する連通通路及び前記連通通路に配置され、前記第１操作装置の前記第１被駆動体の自重落下方向の操作信号に基づいて全開し、前記油圧シリンダのボトム側をロッド側に連通させることで前記油圧シリンダのボトム側の圧力を昇圧させる連通昇圧弁を有する昇圧回路と、前記第１操作装置が前記第１被駆動体の自重落下方向に操作され、これと同時に前記第２操作装置が操作されたとき、前記油圧シリンダのボトム側の圧力が前記油圧ポンプ装置と前記第２油圧アクチュエータとの間の圧力よりも高い場合に前記再生制御弁を開弁して前記油圧シリンダのボトム側から前記油圧ポンプ装置と前記第２油圧アクチュエータとの間に供給される圧油の流量を制御する制御装置とを備え、前記第１制御弁は、前記第１操作装置が前記第１被駆動体の自重落下方向に操作されたときにメータアウト通路がタンクに連通すると共に、メータイン通路が閉じるように構成され、前記連通昇圧弁は、全開したときに前記油圧シリンダのボトム側とロッド側の圧力が同圧となるように最大開口面積が設定されており、前記第１操作装置が前記第１被駆動体の自重落下方向に操作された場合に、前記第１制御弁が前記メータイン通路が閉じる方向に切り換えられると共に、前記連通昇圧弁が全開し、前記油圧シリンダのボトム側の圧力を前記油圧シリンダのボトム側とロッド側の受圧面積比に応じた倍率で昇圧させるものとする。

【0008】

このように構成した本発明においては、油圧シリンダ（第１油圧アクチュエータ）のボトム側受圧面積に対するロッド側受圧面積の比をｋで表した場合、昇圧回路により油圧シリンダ（第１油圧アクチュエータ）のボトム側の圧力を約１／（１−ｋ）倍（受圧面積比ｋを２とした場合は約２倍）まで昇圧することが可能となり、これにより油圧シリンダのボトム側から油圧ポンプ装置と第２油圧アクチュエータの間（第２油圧アクチュエータ側）に再生される圧油のエネルギーが増加し、更なる省エネルギー化が可能となる。

【0009】

（２）上記（１）作業機械の油圧駆動システムにおいて、好ましくは、前記油圧シリンダのボトム側とタンクとの間に設けられた排出絞り弁を更に備え、前記制御装置は、前記第１操作装置の前記第１被駆動体の自重落下方向の操作量と、前記油圧シリンダのボトム側の圧力と、前記油圧ポンプ装置と前記第２油圧アクチュエータとの間の圧力とに基づいて前記排出絞り弁を制御する。

【0010】

これにより排出絞り弁は適切な開度に制御され、油圧シリンダのボトム側から排出される流量を第２油圧アクチュエータ側に再生しながら、油圧シリンダ（第１油圧アクチュエータ）の目標速度を確保することができる。

【0011】

（３）上記（２）の作業機械の油圧駆動システムにおいて、また好ましくは、前記制御装置は、前記第１操作装置の前記第１被駆動体の自重落下方向の操作信号に基づいて前記油圧シリンダのボトム側から排出されるべき目標ボトム流量を算出するとともに、前記第２制御弁が要求する再生可能流量を算出し、前記目標ボトム流量と前記再生可能流量のうち、小さい方を目標再生流量として設定し、前記目標ボトム流量から前記目標再生流量を差し引いて目標排出流量を算出し、前記第２油圧アクチュエータ側に再生される圧油の流量が前記目標再生流量に一致するよう前記再生制御弁を制御し、前記タンクに戻される流量が前記目標排出流量に一致するよう前記排出絞り弁を制御する。

【0012】

これにより再生制御弁と排出絞り弁は適切な開度に制御され、油圧シリンダのボトム側から排出される流量を第２油圧アクチュエータ側に再生して第２油圧アクチュエータの目標速度を確保しながら、油圧シリンダ（第１油圧アクチュエータ）の目標速度を確保することができる。

【0013】

（４）上記（１）の作業機械の油圧駆動システムにおいて、好ましくは、前記再生制御弁は、前記油圧シリンダのボトム側からタンクに排出される圧油の流量を制御する第１絞りと、前記油圧シリンダのボトム側から前記油圧ポンプ装置と前記第２油圧アクチュエータの間に供給される圧油の流量を制御する第２絞りとを有し、前記制御装置は、前記第１操作装置の前記第１被駆動体の自重落下方向の操作量と、前記油圧シリンダのボトム側の圧力と、前記油圧ポンプ装置と前記第２油圧アクチュエータとの間の圧力とに基づいて、前記再生制御弁を制御する。

【0014】

これにより油圧シリンダのボトム側から排出される流量の一部を第２油圧アクチュエータ側に再生する制御と、残りの流量をタンクに戻す制御の両方を１つのバルブ（再生制御弁）で行えるようになり、バルブを電気的に制御するための電磁弁が１つで済むことから、油圧駆動システムを簡易的な構成で実現可能であり、コスト低減、さらに搭載性を向上させることが可能となる。

【0015】

（５）上記（１）〜（４）のいずれかの作業機械の油圧駆動システムにおいて、好ましくは、前記油圧ポンプ装置は少なくとも１つの可変容量型の油圧ポンプを含み、前記制御装置は、前記再生制御弁を開弁して前記油圧シリンダのボトム側から前記油圧ポンプと前記第２油圧アクチュエータとの間に圧油を供給するとき、前記油圧シリンダのボトム側から前記油圧ポンプと前記第２油圧アクチュエータとの間に供給される再生流量分、前記油圧ポンプの容量を減少させるよう制御する。

【0016】

これにより第２油圧アクチュエータは第２操作装置の操作信号に応じた所望の速度に制御されるとともに、再生流量分油圧ポンプの吐出流量を低減することにより省エネルギー化を図ることが可能となる。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、油圧シリンダ（第１油圧アクチュエータ）のボトム側受圧面積に対するロッド側受圧面積の比をｋで表した場合、昇圧回路により油圧シリンダ（第１油圧アクチュエータ）のボトム側の圧力を約１／（１−ｋ）倍（受圧面積比ｋを２とした場合は約２倍）まで昇圧することが可能となり、これにより油圧シリンダのボトム側から油圧ポンプ装置と第２油圧アクチュエータの間（第２油圧アクチュエータ側）に再生される圧油のエネルギーが増加し、更なる省エネルギー化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の第１の実施の形態における油圧駆動システムを示す図である。

【図2】本発明の油圧駆動システムが搭載される作業機械（建設機械）である油圧ショベルの外観を示す図である。

【図3】連通昇圧弁の開口面積特性を示す図である。

【図4】第１の実施の形態における再生コントローラの制御ロジックを示すブロック図である。

【図5】本発明の第２の実施の形態における油圧駆動システムを示す図である。

【図6】第２の実施の形態における再生制御弁の開口面積特性を示す図である。

【図7】第２の実施の形態における再生コントローラの制御ロジックを示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
＜第１の実施の形態＞
図１は本発明の第１の実施の形態における油圧駆動システムを示す図である。

【0020】

図１において、本実施の形態の油圧駆動システムは、メインの油圧ポンプ１及びパイロットポンプ２を含むポンプ装置５０と、油圧ポンプ１から圧油が供給され、第１被駆動体である油圧ショベルのブーム２０５（図２参照）を駆動するブームシリンダ４（第１油圧アクチュエータ）と、油圧ポンプ１から圧油が供給され、第２被駆動体である油圧ショベルのアーム２０６（図２参照）を駆動するアームシリンダ８（第２油圧アクチュエータ）と、油圧ポンプ１からブームシリンダ４に供給される圧油の流れ（流量と方向）を制御する制御弁３（第１制御弁）と、油圧ポンプ１からアームシリンダ８に供給される圧油の流れ（流量と方向）を制御する制御弁７（第２制御弁）と、ブームの動作指令を出力し制御弁３を切り換える第１操作装置５と、アームの動作指令を出力し制御弁７を切り換える第２操作装置６とを備えている。油圧ポンプ１は図示しない他のアクチュエータ（後述）にも圧油が供給されるように図示しない制御弁にも接続されているが、それらの回路部分は省略している。

【0021】

油圧ポンプ１は可変容量型であり、レギュレータ１ａを備え、コントローラ１５（後述）からの制御信号によってレギュレータ１ａを制御することで油圧ポンプ１の傾転角（容量）が制御され、吐出流量が制御される。また、図示はしないが、レギュレータ１ａは公知の如く、油圧ポンプ１の吐出圧が導かれ、油圧ポンプ１の吸収トルクが予め定めた最大トルクを超えないように油圧ポンプ１の傾転角（容量）を制限するトルク制御部を有している。油圧ポンプ１は圧油供給管路９ａ，１０ａを介してを介して制御弁３，７に接続され、油圧ポンプ１の吐出油は制御弁３，７に供給される。

【0022】

制御弁３，７は、それぞれ、ボトム側管路２３，２８又はロッド側管路２４，２９を介してブームシリンダ４及びアームシリンダ８のボトム側或いはロッド側に接続され、制御弁３，７の切換位置に応じて、油圧ポンプ１の吐出油は制御弁３，７からボトム側管路２３，２８又はロッド側管路２４，２９を介してブームシリンダ４及びアームシリンダ８のボトム側或いはロッド側に供給される。ブームシリンダ４から排出された圧油は、少なくともその一部が制御弁３からタンク管路９ｂを介してタンクに環流される。アームシリンダ８から排出された圧油は、その全てが制御弁７からタンク管路１０を介してタンクに環流される。

【0023】

第１及び第２操作装置５，６は、それぞれ、操作レバー５ａ，６ａとパイロット弁５ｂ，６ｂとを有し、パイロット弁５ｂ，６ｂは、それぞれ、パイロット管路５ｃ，５ｄ及びパイロット管路６ｃ，６ｄを介して制御弁３の操作部３ａ，３ｂ及び制御弁７の操作部７ａ，７ｂに接続されている。

【0024】

操作レバー５ａがブーム上げ方向BU（図示左方向）に操作されると、パイロット弁５ｂは操作レバー５ａの操作量に応じた操作パイロット圧Pbuを生成し、この操作パイロット圧Pbuはパイロット管路５ｃを介して制御弁３の操作部３ａに伝えられ、制御弁３はブーム上げ方向（図示右側の位置）に切り換えられる。操作レバー５ａがブーム下げ方向BD（図示右方向）に操作されると、パイロット弁５ｂは操作レバー５ａの操作量に応じた操作パイロット圧Pbdを生成し、この操作パイロット圧Pbdはパイロット管路５ｄを介して制御弁３の操作部３ｂに伝えられ、制御弁３はブーム下げ方向（図示左側の位置）に切り換えられる。

【0025】

操作レバー６ａがアームクラウド方向AC（図示右方向）に操作されると、パイロット弁６ｂは操作レバー６ａの操作量に応じた操作パイロット圧Pacを生成し、この操作パイロット圧Pacはパイロット管路６ｃを介て制御弁７の操作部７ａに伝えられ、制御弁７はアームクラウド方向（図示左側の位置）に切り換えられる。操作レバー６ａがアームダンプ方向AD（図示左方向）に操作されると、パイロット弁６ｂは操作レバー６ａの操作量に応じた操作パイロット圧Padを生成し、この操作パイロット圧Padはパイロット管路６ｄを介して制御弁７の操作部７ｂに伝えられ、操作弁７はアームダンプ方向（図示右側の位置）に切り換えられる。

【0026】

ブームシリンダ４のボトム側管路２３とロッド側管路２４との間、アームシリンダ８のボトム側管路２８とロッド側管路２９との間には、それぞれ、メイクアップ付きオーバーロードリリーフ弁２０，２２が接続されている。メイクアップ付きオーバーロードリリーフ弁２０，２２は、ボトム側管路２３，２８及びロッド側管路２４，２９の圧力が上がりすぎることにより油圧回路機器が損傷することを防ぐ機能と、ボトム側管路２３，２８及びロッド側管路２４，２９が負圧になることによりキャビテーションが発生することを低減する機能を有している。

【0027】

なお、本実施の形態は、ポンプ装置５０が１つのメインポンプ（油圧ポンプ１）を含む場合のものであるが、ポンプ装置５０は複数（例えば２つ）のメインポンプを含み、制御弁３，７に別々のメインポンプを接続し、ブームシリンダ４とアームシリンダ８に別々のメインポンプから圧油を供給するようにしてもよい。

【0028】

図１において、本実施の形態の油圧駆動システムは、メインの油圧ポンプ１及びパイロットポンプ２を含むポンプ装置５０と、油圧ポンプ１から圧油が供給され、第１被駆動体である油圧ショベルのブーム２０５（図２参照）を駆動するブームシリンダ４（第１油圧アクチュエータ）と、油圧ポンプ１から圧油が供給され、第２被駆動体である油圧ショベルのアーム２０６（図２参照）を駆動するアームシリンダ８（第２油圧アクチュエータ）と、油圧ポンプ１からブームシリンダ４に供給される圧油の流れ（流量と方向）を制御する制御弁３（第１制御弁）と、油圧ポンプ１からアームシリンダ８に供給される圧油の流れ（流量と方向）を制御する制御弁７（第２制御弁）と、ブームの動作指令を出力し制御弁３を切り換える第１操作装置５と、アームの動作指令を出力し制御弁７を切り換える第２操作装置６とを備えている。油圧ポンプ１は図示しない他のアクチュエータ（後述）にも圧油が供給されるように図示しない制御弁に接続されているが、それらの回路部分は省略している。

【0029】

図２は、本実施の形態における油圧駆動システムが搭載される作業機械（建設機械）である油圧ショベルの外観を示す図である。

【0030】

油圧ショベルは下部走行体２０１と上部旋回体２０２とフロント作業機２０３を備えている。下部走行体２０１は左右のクローラ式走行装置２０１ａ，２０１ａ（片側のみ図示）を有し、左右の走行モータ２０１ｂ，２０１ｂ（片側のみ図示）により駆動される。上部旋回体２０２は下部走行体２０１上に旋回可能に搭載され、旋回モータ２０２ａにより旋回駆動される。フロント作業機２０３は上部旋回体２０２の前部に俯仰可能に取り付けられている。上部旋回体２０２にはキャビン（運転室）２０２ｂが備えられ、キャビン２０２ｂ内には上記第１及び第２操作装置５，６や図示しない走行用の操作ペダル装置等の操作装置が配置されている。

【0031】

フロント作業機２０３はブーム２０５（第１被駆動体）、アーム２０６（第２被駆動体）、バケット２０７を有する多関節構造であり、ブーム２０５はブームシリンダ４の伸縮により上部旋回体２０２に対して上下方向に回動し、アーム２０６はアームシリンダ８の伸縮によりブーム２０５に対して上下及び前後方向に回動し、バケット２０７はバケットシリンダ２０８の伸縮によりアーム２０６に対して上下及び前後方向に回動する。

【0032】

図１では、左右の走行モータ２０１ｂ，２０１ｂ、旋回モータ２０２ａ、バケットシリンダ２０８等の油圧アクチュエータに係わる回路部分を省略して示している。

【0033】

ここで、ブームシリンダ４は、第１操作装置５の操作レバー５ａがブーム下げ方向（第１被駆動体の自重落下方向）BDに操作されたときに、ブーム２０５を含むフロント作業機２０３の重量に基づく自重落下により、ボトム側から圧油を排出しロッド側から圧油を吸入する油圧シリンダである。

【0034】

図１に戻り、本発明の油圧駆動システムは、上述した構成要素に加えて、ブームシリンダ４のボトム側管路２３から分岐し、ボトム側管路２３をアームシリンダ８側の圧油供給管路１０ａに接続する再生通路２７及び再生通路２７に配置され、圧油の流量を調整可能であり、ブームシリンダ４のボトム側から排出される圧油の少なくとも一部をアームシリンダ８側の圧油供給管路１０ａに供給する再生制御弁１１を有する再生回路３５と、ブームシリンダ４のボトム側管路２３及びロッド側管路２４からそれぞれ分岐し、ボトム側管路２３及びロッド側管路２４とを接続する連通通路２６及び連通通路２６に配置され、第１操作装置５のブーム下げ方向BDの操作パイロット圧Pbd（操作信号）に基づいて開弁し、ブームシリンダ４のボトム側の排出油の一部をブームシリンダ４のロッド側に再生して供給するとともに、ブームシリンダ４のボトム側をロッド側に連通させることでブームシリンダ４のボトム側の圧力（ボトム側管路２３の圧力）を昇圧させる連通昇圧弁１２を有する昇圧回路３６と、電磁比例弁１３，１７と、圧力センサ１４，１９，２１，４１と、再生コントローラ１６と、車体コントローラ４２とを備えている。

【0035】

連通昇圧弁１２は操作部１２ａを有し、第１操作装置５のブーム下げ方向BDの操作パイロット圧Pbdが操作部１２ａに伝えられることにより開弁する。

【0036】

図３は、連通昇圧弁１２の開口面積特性を示す図である。第１操作装置５の操作レバー５ａがブーム下げ方向BDに操作され、操作パイロット圧Pbd（レバー操作信号）が増大するとき、連通昇圧弁１２の開口面積が速やかに最大開口面積Amaxまで増大しかつ流量の増加が滑らかでショックを生じさせないように開口面積特性が設定されている。また、連通昇圧弁１２は、全開したときにブームシリンダ４のボトム側管路２３とロッド側管路２４の圧力が概略同圧となるように、全開したときの最大開口面積Amaxが十分広く設定されている。これによりブームシリンダ４のボトム側管路２３の圧力をブームシリンダ４のボトム側とロッド側の受圧面積比に応じた倍率で昇圧させることが可能となる。

【0037】

連通昇圧弁１２の昇圧原理は次のようである。

【0038】

連通昇圧弁１２の開弁前と開弁後のそれぞれにおいて、ブームシリンダ４がブームを支持しているときの力の釣り合いを考える。そのときのブームシリンダ４に関連するパラメータを以下のようにシンボルで表す。

【0039】

Ｗ：ブームシリンダ４が支持するブーム等の負荷の大きさ（荷重）
Ｐｂ１：連通昇圧弁１２の開弁前のブームシリンダ４のボトム側圧力
Ｐｒ１：連通昇圧弁１２の開弁前のブームシリンダ４のロッド側圧力
Ｐｂ２：連通昇圧弁１２の開弁後のブームシリンダ４のボトム側圧力
Ｐｒ２：連通昇圧弁１２の開弁後のブームシリンダ４のロッド側圧力
Ａｂ：ブームシリンダ４のボトム側受圧面積
Ａｒ：ブームシリンダ４のロッド側受圧面積
ｋ：ブームシリンダ４のボトム側受圧面積に対するロッド側受圧面積の比（受圧面積比Ａｒ／Ａｂ）
また、ブームシリンダ４が負荷を支持するとき、連通昇圧弁１２の開弁前のブームシリンダ４のロッド側圧力Ｐｒ１は概略タンク圧であり、このタンク圧を０と仮定する。連通昇圧弁１２の開弁後は、上述した如く、ロッド側圧力Ｐｒ２はボトム側圧力Ｐｂ２に等しくなる(Ｐｒ２≒Ｐｂ２）。

【0040】

連通昇圧弁１２の開弁前の負荷Ｗとブームシリンダ４との力の釣り合いは以下の式で表される。

【0041】

Ｗ＝Ｐｂ１×Ａｂ ・・・（１）
また、連通昇圧弁１２の開弁後の負荷Ｗとブームシリンダ４との力の釣り合いは以下の式で表される。

【0042】

Ｗ＝Ｐｂ２×Ａｂ−Ｐｒ２×Ａｒ＝Ｐｂ２×Ａｂ−Ｐｂ２×ｋ×Ａｂ
＝Ｐｂ２×Ａｂ（１−ｋ） ・・・（２）
（２）式を変形し、（１）式のＷを代入すると、次のようになる。

【0043】

Ｐｂ２＝Ｗ／Ａｂ（１−ｋ）
＝（Ｐｂ１×Ａｂ）／（Ａｂ（１−ｋ））
＝Ｐｂ１／（１−ｋ） ・・・（３）
（３）式より、連通昇圧弁１２の開弁後のブームシリンダ４のボトム側圧力Ｐｂ２は連通昇圧弁１２の開弁前のブームシリンダ４のボトム側圧力Ｐｂ１の１／（１−ｋ）倍に昇圧される。

【0044】

本実施の形態では、ブームシリンダ４のボトム側に対するロッド側の受圧面積比ｋは１／２である。この場合、連通昇圧弁１２が開弁することでブームシリンダ４のボトム側管路２３の圧力を約２倍まで昇圧させることができる。また、制御弁３のメータアウトの開口面積は、ブームシリンダ４の下げ動作時にブームシリンダ４のボトム側管路２３の圧力が約２倍まで昇圧することを想定して開口面積が設定されている。

【0045】

圧力センサ１４はパイロット管路５ｄに接続され、第１操作装置５のブーム下げ方向BDの操作パイロット圧Pbdを検出し、圧力センサ１９はブームシリンダ４のボトム側管路２３に接続され、ブームシリンダ４のボトム側の圧力Pbを検出し、圧力センサ２１はアームシリンダ８側の圧油供給管路１０ａに接続され、油圧ポンプ１の吐出圧Ppを検出する。圧力センサ４１は、第２操作装置６のパイロット管路６ｃ，６ｄに接続されたシャトル弁４３に接続され、第２操作装置６のアームクラウド方向の操作パイロット圧Pacとアームダンプ方向の操作パイロット圧Padの高圧側の圧力Paを第２操作装置６の操作パイロット圧として検出する。

【0046】

車体コントローラ４２は種々の機能を有しており、その機能の１つとして、第２操作装置６の操作パイロット圧を検出する圧力センサ４１からの検出信号１４１と、第１操作装置５及び図示しないその他の操作装置の操作パイロット圧を検出する圧力センサからの検出信号を入力し、各アクチュエータを駆動するのに必要な圧油の流量をポンプ要求流量として算出する。車体コントローラ４２は、ブーム下げとアームの駆動を同時に行う場合、ブームシリンダ４のロッド側に供給される圧油はブームシリンダ４のボトム側からの排出油で賄うことを前提としているため、アームシリンダ８を駆動するのに必要な圧油の流量をポンプ要求流量として算出する。車体コントローラ４２は算出したポンプ要求流量をポンプ要求流量信号１０４として再生コントローラ２５に出力する。

【0047】

再生コントローラ１５は、圧力センサ１４，１９，２１からの検出信号１１４，１１９，１２１と車体コントローラ４２からのポンプ要求流量信号１０４を入力し、それらの信号に基づいて所定の演算処理を行い、電磁比例弁１３，１７とレギュレータ１ａに制御指令を出力する。

【0048】

電磁比例弁１３，１７はコントローラ１５からの制御指令により動作する。このとき電磁比例弁１３は第１操作装置５のパイロット弁５ｂによって生成されたブーム下げ方向BDの操作パイロット圧Pbdを所望の圧力に減圧して制御弁３の操作部３ｂに出力し、制御弁３のストロークを制御することで制御弁３の開度（開口面積）を制御する。電磁比例弁１７はパイロットポンプ２から供給された圧油を所望の圧力に変換して再生制御弁１１の操作部１１ａに出力し、再生制御弁１１のストロークを制御することで開度（開口面積）を制御する。レギュレータ１ａはコントローラ１５からの制御指令により動作し、油圧ポンプ１の傾転角（容量）を制御し吐出流量を制御する。

【0049】

次に、ブーム下げとアームの駆動を同時に行う場合の動作の概要について説明する。なお、原理としてはアームダンプをする場合とクラウドする場合で同様のため、アームダンプ動作を例に説明する。

【0050】

第１操作装置５の操作レバー５ａがブーム下げ方向BDに操作され、同時に第２操作装置６の操作レバー６ａがアームダンプ方向ADに操作された場合、第１操作装置５のパイロット弁５ｂから発生した操作パイロット圧Pbdは電磁比例弁１３を介して制御弁３の操作部３ｂと連通昇圧弁１２の操作部１２ａに入力される。それにより制御弁３は図示左側の位置に切換られ、ボトム管路２３がタンク管路９ｂと連通することにより、ブームシリンダ４のボトム側から圧油がタンクに排出され、ブームシリンダ４が縮小動作（ブーム下げ動作）を行う。さらに連通昇圧弁１２が図示下側の連通位置に切換られることにより、ブームシリンダ４のボトム側管路２３をロッド側管路２４に連通し、ブームシリンダ４のボトム側の排出油の一部をブームシリンダ４のロッド側に供給するとともに、ブームシリンダ４のボトム側の圧力を約２倍まで昇圧させる。制御弁３のメータアウトの開口面積は、ボトム側の圧力が約２倍まで昇圧することを前提に設定しているため、特別な制御が必要なく、制御弁３を操作パイロット圧Pbdに応じて切換操作してメータアウトの開度（開口面積）を制御することにより、ブームシリンダ４をオペレータの望む良好な操作速度で動作させることができる。

【0051】

第２操作装置６のパイロット弁６ｂから発生した操作パイロット圧Padは制御弁７の操作部７ｂに入力される。それにより制御弁７は切換られ、ボトム管路２８がタンク管路１０ｂと連通しかつロッド管路２９が圧油供給管路１０ａと連通することにより、アームシリンダ８のボトム側の圧油はタンクに排出され、油圧ポンプ１からの吐出油がアームシリンダ８のロッド側に供給されることにより、アームシリンダ８は縮小動作を行う。

【0052】

車体コントローラ４２には第２操作装置６の操作パイロット圧Paを検出する圧力センサ４１からの検出信号１４１が入力され、アームシリンダ８を駆動するのに必要なポンプ要求流量が算出される。

【0053】

再生コントローラ１５には圧力センサ１４，１９，２１からの検出信号１１４，１１９，１２１と車体コントローラ４２からのポンプ要求流量信号１０４が入力され、後述する制御ロジックによって、電磁比例弁１３，１７と油圧ポンプ１のレギュレータ１ａに制御指令を出力する。

【0054】

電磁比例弁１７は制御指令に応じた制御圧力を生成し、この制御圧力により再生制御弁１１は制御され、ブームシリンダ４のボトム側から排出された圧油の一部或いは全部が再生制御弁１１を介しアームシリンダ２８に再生して供給される。

【0055】

電磁比例弁１３は、制御指令に応じてパイロット弁５ｂの操作パイロット圧Pbdを減圧し、ブームシリンダ４を目標速度に保つよう制御弁３の開度を制御する。

【0056】

油圧ポンプ１のレギュレータ１ａは制御指令に基づいて油圧ポンプ１の傾転角を制御し、アームシリンダ８の目標速度を保つよう適切にポンプ流量を制御する。

【0057】

次に、再生コントローラ１５の制御機能について説明する。

【0058】

再生コントローラ１５は、概略、以下の３つの機能を有している。

【0059】

まず、再生コントローラ１５は、第１操作装置５がブーム２０５（第１被駆動体）の自重落下方向であるブーム下げ方向BDに操作され、これと同時に第２操作装置６が操作されたとき、ブームシリンダ４のボトム側の圧力が油圧ポンプ１とアームシリンダ８との間の圧油供給管路１０ａの圧力より高い場合に再生制御弁１１を開弁してブームシリンダ４のボトム側から圧油供給管路１０ａに供給される圧油の流量を制御する（第１機能）。

【0060】

また、再生コントローラ１５は、第１操作装置５のブーム下げ方向BDの操作量と、ブームシリンダ４のボトム側の圧力と、油圧ポンプ１とアームシリンダ８との間の圧油供給管路１０ａの圧力とに基づいて（ブームシリンダ４のボトム側から排出される流量のうちブームシリンダ４のロッド側と圧油供給管路１０ａのいずれにも供給されない流量を算出し、この流量をタンクに戻すよう）制御弁３（排出絞り弁）を制御する（第２機能）。

【0061】

この第２機能において、再生コントローラ１５は、第１操作装置５のブーム下げ方向BDの操作信号である操作パイロット圧Pbdに基づいてブームシリンダ４のボトム側から排出されるべき目標ボトム流量を算出するとともに、アームシリンダ８の制御弁７が要求する再生可能流量を算出し、目標ボトム流量と再生可能流量のうち、小さい方を目標再生流量として設定し、目標ボトム流量から目標再生流量を差し引いて目標排出流量を算出し、アームシリンダ８側に再生される圧油の流量が目標再生流量に一致するよう再生制御弁１１を制御し、タンクに戻される流量が目標排出流量に一致するよう制御弁３（排出絞り弁）を制御する。

【0062】

更に、再生コントローラ１５は、再生制御弁１１を開弁してブームシリンダ４のボトム側から油圧ポンプ１とアームシリンダ８との間の圧油供給管路１０ａに圧油を供給するとき、ブームシリンダ４のボトム側から圧油供給管路１０ａに供給される再生流量分、油圧ポンプ１の容量を減少させるよう制御する（第３機能）。

【0063】

図４は、上記３つの機能を実行する再生コントローラ１５の制御ロジックを示すブロック図である。

【0064】

図４に示すように、再生コントローラ１５は、加算器１０５、ポンプ最小流量設定部１０６、関数発生器１０９、最小値選択器１１１、加算器１１２、出力変換部１１５、加算器１２３、出力変換部１２４、出力変換部１２６、ゲイン発生器１３１、関数発生器１３２、積算器１３３、加算器１３０を有している。

【0065】

図４において、検出信号１１４は第１操作装置５の操作レバー５ａのブーム下げ方向の操作パイロット圧Pbdを圧力センサ１４により検出した信号（レバー操作信号）であり、検出信号１１９はブームシリンダ４のボトム側の圧力（ボトム側管路２３の圧力）を圧力センサ１９により検出した信号（ボトム圧信号）であり、検出信号１２１は油圧ポンプ１の吐出圧（圧油供給管路１０ａの圧力）を圧力センサ２１により検出した信号（ポンプ圧信号）である。

【0066】

関数発生器１０９にはレバー操作信号１１４とボトム圧信号１１９が入力され、目標ボトム流量が算出される。関数発生器１０９における目標ボトム流量の算出特性は、レバー操作信号１１４（操作パイロット圧Pbd）に比例して目標ボトム流量が増加し、ボトム圧信号１１９（ブームシリンダ４のボトム側の圧力）が増加するに従って目標ボトム流量のレバー操作信号１１４に対する増加割合が増大する（傾きが急となる）ように設定されている。

【0067】

関数発生器１０９の出力はゲイン発生器１３１に入力される。ゲイン発生器１３１では、ブームシリンダ４のボトム側管路２３に排出される戻り油のうち、ロッド側管路２４に送られず、制御弁３及び／又は再生制御弁１１に流れる流量を算出する。連通昇圧弁１２を開くことにより、ブームシリンダ４のボトム側から排出される流量の面積比倍がブームシリンダ４のロッド側に流れる。すなわち、上述したようにブームシリンダ４のボトム側受圧面積Ａｂに対するロッド側受圧面積Ａｒの受圧面積比Ａｒ／Ａｂをｋとすると、ゲイン発生器１３１のゲインは（１−ｋ）となる。

【0068】

一方、車体コントローラ４２から出力されたポンプ要求流量信号１０４とポンプ最小流量設定部１０６に予め設定した油圧ポンプ１の最小流量が加算器１０５に入力され、ポンプ要求流量からポンプ最小流量を差し引くことで再生可能流量が演算される。ここで、油圧ポンプ１は、アクチュエータ駆動開始時の応答性の改善やアクチュエータ非駆動時の潤滑性確保の目的などから、全ての操作レバーが中立位置にある場合でも、最小傾転角に保たれ、最小流量を吐出するようになっており、最小流量設定部１０６にはその最小流量が設定されている。

【0069】

ゲイン発生器１３１から出力される目標ボトム流量と加算器１０５から出力される再生可能流量が最小値選択器１１１に入力され、入力された値の小さい方を選択し、目標再生流量として出力する。

【0070】

加算器１３０にはボトム圧信号１１９及びポンプ圧信号１２１が入力され、ボトム圧信号１１９とポンプ圧信号１２１の偏差（ブームシリンダ４のボトム側の圧力と油圧ポンプ１の吐出圧との差圧）が求められ、この偏差（差圧）が関数発生器１３２に入力される。関数発生器１３２は加算器１３０で求められた偏差（差圧）が予め定めた閾値以上である場合は再生可能であることを意味する１を出力し、閾値未満である場合は再生不能であることを意味する０を出力する。閾値としては、ブームシリンダ４のボトム側の圧力が油圧ポンプ１の吐出圧よりも高く再生可能であるかどうかを判定できるようにするため、ゼロに近い小さめの値が設定されている。

【0071】

積算器１３３では、最小値選択部１１１において決定された目標再生流量と関数発生器１３２の出力が入力され、関数発生器１３２が１を出力する場合は、最小値選択部１１１において決定された目標再生流量を出力し、関数発生器１３２が０を出力する場合はゼロの目標再生流量を出力する。

【0072】

加算器１３０により算出されたボトム圧信号１１９とポンプ圧信号１２１の偏差（差圧）と積算器１３３により算出された目標再生流量とが出力変換部１１５に入力され、オリフィスの式より再生制御弁１１の目標開口面積が演算され、電磁弁指令１１７として電磁比例弁１７に出力される。

【0073】

ここで、ブームシリンダ４のボトム側の圧力よりも油圧ポンプ１の吐出圧の方が高く再生不能な場合には、関数発生器１３２が０を出力して積算器１３３が０の目標再生流量を出力することで、出力変換部１１５は再生制御弁１１を動作させないように電磁比例弁１７に電磁弁指令１１７を送る。また、ブームシリンダ４のボトム側の圧力が油圧ポンプ１の吐出圧よりも高く再生可能な場合には、関数発生器１３２が１を出力して積算器１３３が最小値選択部１１１において決定された目標再生流量を出力することで、出力変換部１１５は再生制御弁１１を開弁し目標再生流量が得られるよう電磁比例弁１７に電磁弁指令１１７を送る（第１機能）。

【0074】

積算器１３３により算出された目標再生流量とゲイン発生器１３１から出力された目標ボトム流量が加算器１１２に入力され、目標ボトム流量から目標再生流量を差し引くことで目標排出流量が算出される。算出された目標排出流量とボトム圧信号１１９が出力変換部１２４に入力され、オリフィスの式より制御弁３のメータアウトの絞り開度を演算し、電磁弁指令１１３として電磁比例弁１３に出力される。これによりブームシリンダ４のボトム側から排出される流量のうちブームシリンダ４のロッド側と圧油供給管路１０ａのいずれにも供給されない流量がタンクに戻されるよう制御弁３（排出絞り弁）が制御される（第２機能）。

【0075】

車体コントローラ４２から出力されたポンプ要求流量信号１０４と積算器１３３により算出された目標再生流量とが加算器１２３に入力され、ポンプ要求流量から目標再生流量を差し引くことで目標ポンプ流量が算出される。加算器１２３より出力された目標ポンプ流量は出力変換部１２６により油圧ポンプ１の傾転指令１０１に変換され、レギュレータ１ａに出力される。これにより油圧ポンプ１は、ブームシリンダ４のボトム側から圧油供給管路１０ａに供給される再生流量分、容量を減少させるよう制御される（第３機能）。

【0076】

次に、再生コントローラ１５の動作について説明する。

【0077】

第１操作装置５の操作レバー５ａをブーム下げ方向BDに操作することにより、圧力センサ１４により検出された操作パイロット圧Pbdの信号はレバー操作信号１１４としてコントローラ１５に入力される。また、圧力センサ１９，２１により検出されたブームシリンダ４のボトム側の圧力、油圧ポンプ１の吐出圧の各信号はボトム圧信号１１９、ポンプ圧信号１２１として再生コントローラ１５に入力される。

【0078】

レバー操作信号１１４とボトム圧信号１１９が関数発生器１０９に入力され、目標ボトム流量を算出し、ゲイン発生器１３１により制御弁３と再生制御弁１１に流れる流量が演算される。

【0079】

一方、第２操作装置６の操作レバー６ａをアームダンプ方向ADに操作することにより、圧力センサ４１により検出された操作パイロット圧Padの信号１４１は車体コントローラ４２に入力され、アームシリンダ８を駆動するのに必要なポンプ要求流量が算出される。このポンプ要求流量はポンプ要求流量信号１０４として再生コントローラ１５に送られ、再生コントローラ１５では、ポンプ要求流量からポンプ最小流量を差し引いて再生可能流量を算出し、算出された再生可能流量と目標ボトム流量が最小値選択器１１１に入力され、入力された値の小さい方を選択して目標再生流量として出力する。

【0080】

加算器１３０、関数発生器１３２及び積算器１３３によって、ボトム圧信号１１９の圧力（ブームシリンダ４のボトム側の圧力）がポンプ圧信号１２１の圧力（油圧ポンプ１の吐出圧）よりも高いかどうかが判定され、ボトム圧信号１１９の圧力の方が高い場合（再生可能な場合）には、最小値選択部１１１において決定された目標再生流量が出力され、ポンプ圧信号１１９の圧力の方が高い場合（再生不能な場合）には積算器１３３から０の目標再生流量が出力される。

【0081】

演算された目標再生流量とボトム圧信号１１９、ポンプ圧信号１２１が出力変換部１１５に入力され、オリフィスの式に基づいて再生制御弁１１の開口面積を算出し、電磁弁指令１１７として電磁比例弁１７に出力される（機能１）。

【0082】

このことにより、ブームシリンダ４から排出される圧油の少なくとも一部が再生制御弁１１を介して目標通りの流量に制御され、アームシリンダ８側に再生される。そしてこのとき、連通昇圧弁１２が開弁し、ブームシリンダ４のボトム側の圧力が約２倍まで昇圧しているため、ブームシリンダ４のボトム側からアームシリンダ８側に再生される圧油のエネルギーが増加し、更なる省エネルギー化が可能となる。

【0083】

目標ボトム流量と目標再生流量の差を加算器１１２で演算して目標排出流量を求め、求められた目標排出流量とボトム圧信号１１９が出力変換部１２４に入力され、オリフィスの式を用いて、制御弁３のメータアウトの開口面積を算出し、電磁比例弁１３に電磁弁指令１１３として出力される（第２機能）。

【0084】

このことにより制御弁３は適切な開度に制御され、流量をアームシリンダ８側に再生しながらブームシリンダ４の目標速度を確保することができる。

【0085】

さらに、目標再生流量は再生可能流量と共に加算器１２３に入力され、目標ポンプ流量を算出する。算出された目標ポンプ流量は出力変換部１２６に入力され、油圧ポンプ１の傾転角を制御する（第３機能）。

【0086】

このことによりアームシリンダ８は第２操作装置６の操作信号（操作パイロット圧Pad）に応じた所望の速度に制御されるとともに、再生流量分油圧ポンプ１の吐出流量を低減することにより、油圧ポンプ１を駆動するエンジンの燃費を低減し、省エネルギー化を図ることが可能となる。
＜第２の実施の形態＞
図５は本発明の第２の実施の形態における油圧駆動システムを示す図である。なお、図１と同様の箇所については説明を割愛する。

【0087】

図５において、本実施の形態の油圧駆動システムは、図１に示した第１の実施の形態における再生制御弁１１に代えて再生制御弁４４を有する再生回路３５Ａを備えている。再生制御弁４４は、ボトム側管路２３と再生通路２７との分岐部に配置され、ブームシリンダ４のボトム側からの排出油をタンク側（制御弁３側）と再生通路２７側とに流すことができるようタンク側通路（第１絞り）と再生側通路（第２絞り）とを有している。再生制御弁４４のストロークは電磁比例弁１７によって制御される。

【0088】

図６は再生制御弁４４の開口面積特性を示す図である。図５の横軸は再生制御弁４４のスプールストロークを示し、縦軸は開口面積を示している。

【0089】

図６において、スプールストロークが最小の場合（ノーマル位置にある場合）は、タンク側通路が開いており開口面積は最大であり、再生側通路が閉じ開口面積はゼロである。ストロークを徐々に増やしてゆくと、タンク側通路の開口面積が徐々に減少し、再生側通路が開いて開口面積が徐々に増加してゆく。ストロークを更に増加させると、タンク側通路が閉じ（開口面積がゼロとなり）、再生側通路の開口面積は更に増加してゆく。このように構成されている結果、スプールストロークが最小の場合は、ブームシリンダ４のボトム側から排出された圧油は再生されることなく、全量が制御弁３側に流入し、ストロークを徐々に右に動かしていくと、ブームシリンダ４のボトム側から排出された圧油の一部が再生通路２７に流入する。また、ストロークを調整することにより、タンク側と再生側通路の開口面積を変化させることができ、再生流量を制御することができる。

【0090】

すなわち、第１操作装置５のレバー操作量が大きい場合は、再生制御弁４４のストロークを大きくし再生側通路の開口面積を大きくすることで、再生流量を多く流すように制御する。このときのブームシリンダ４のボトム側の排出油が、再生しない場合と同等となるように、再生制御弁４４の開口面積特性を調整するとよい。

【0091】

次に動作について説明する。

【0092】

ブーム下げとアームダンプの動作において、ブームシリンダ４のボトム側の圧力がアームシリンダ８のロッド側の圧力よりも低い場合は、再生制御弁４４をノーマル位置にすることにより、ブームシリンダ４のボトム側の排出油は、全て制御弁３のメータアウト通路を通り、タンクに排出される。これにより通常のブーム下げ動作が行われる。

【0093】

ブーム下げとアームダンプの動作において、ブームシリンダ４のボトム側の圧力がアームシリンダ８のロッド側の圧力よりも高い場合は、再生制御弁４４をノーマル位置から切換えることにより、ブームシリンダ４のボトム側の排出油がアームシリンダ８のロッド側に再生され、再生流量分、油圧ポンプ１の吐出流量を低減することにより、油圧ポンプ１の出力を抑え、油圧ポンプ１を駆動するエンジンの燃費を低減し、省エネルギー化を図ることが可能となる。

【0094】

なお、本実施の形態では、第１の実施の形態と比べて、タンク側に排出される流量と再生される流量をそれぞれ独立して細かく制御できない代わりに、電磁弁が一つだけで良いことから簡易的な構成で済み、コストの低減が図れ、搭載性も向上する。

【0095】

また、通常、ブーム下げ及びアームダンプ動作は、主に砂利積み動作及び水平引き動作において良く行われ、ブームシリンダ４のボトム側の圧力がアームシリンダ８のロッド側の圧力よりも高く再生可能な場合は、第１及び第２操作装置５，６のレバー操作量がある程度一定になっていることが多い。このことから、砂利積み動作及び水平引き動作を分析することにより、最適な再生制御弁４４の開口面積特性を設定することが可能となり、単純な構成で第１の実施の形態とほぼ同等の省エネルギー効果を達成することが可能となる。

【0096】

また、本実施の形態の油圧駆動システムは、図１に示した第１の実施の形態における再生コントローラ１５に代えて再生コントローラ１５Ａを備えている。

【0097】

コントローラ１５Ａは、コントローラ１５が有する前述した第１〜第３機能を有している。また、コントローラ１５Ａは、第１操作装置５のブーム下げ方向BDの操作量と、ブームシリンダ４のボトム側の圧力と、油圧ポンプ１とアームシリンダ８との間の圧油供給管路１０ａの圧力とに基づいて再生制御弁４４を制御する(第４機能)。

【0098】

図７は、第２の実施の形態における再生コントローラ１５Ａの制御ロジックを示すブロック図である。なお、図２と同様の制御要素については説明を割愛する。

【0099】

図７に示すように、再生コントローラ１５Ａは、図４の第１の実施の形態における
関数発生器１０９、最小値選択器１１１、加算器１１２、加算器１２３、出力変換部１２４、ゲイン発生器１３１、積算器１３３に代えて、関数発生器１４１，１４２，１４４、積算器１４５，１４６，１４７，１４８、加算器１４９を有している。

【0100】

関数発生器１４１は、第１操作装置５のレバー操作量信号１１４に応じて再生制御弁４４の再生側通路の開口面積を算出するものであり、図６に示した再生制御弁４４の再生側通路の開口面積特性と同じ特性が設定されている。

【0101】

関数発生器１４２は、レバー操作量信号１１４に応じて油圧ポンプ１の低減流量（以下ポンプ低減流量という）を求めるものである。関数発生器１４２は、関数発生器１４１で設定した開口面積特性に応じて設定するのが良い。すなわち、関数発生器１４１で算出される開口面積が広いほど、再生流量が多くなることから、関数発生器１４１で算出される開口面積に応じてポンプ低減流量も多く設定する必要がある。本実施の形態では、関数発生器１４２は、関数発生器１４１の開口面積特性と同じ特性が設定されている。

【0102】

加算器１３０は、第１の実施の形態で説明したように、ボトム圧信号１１９とポンプ圧信号１２１の偏差（ブームシリンダ４のボトム側の圧力と油圧ポンプ１の吐出圧との差圧）を算出し、この偏差（差圧）が関数発生器１３２に入力される。関数発生器１３２は加算器１３０で求められた偏差（差圧）が予め定めた閾値以上である場合は再生可能であることを意味する１を出力し、閾値未満である場合は再生不能であることを意味する０を出力する。閾値としては、ブームシリンダ４のボトム側の圧力が油圧ポンプ１の吐出圧よりも高く再生可能であるかどうかを判定できるようにするため、ゼロに近い小さめの値が設定されている。

【0103】

積算器１４５は、関数発生器１４１で算出された開口面積と関数発生器１３２で算出された値を入力し、関数発生器１３２が１を出力する場合（差圧が閾値以上である場合）は、再生可能と判断し、関数発生器１４１で算出された開口面積を出力し、関数発生器１３２が０を出力する場合（差圧が閾値より小さい場合）は、再生不可能と判断し、再生側通路の開口面積として０を出力する。

【0104】

積算器１４６は、関数発生器１４２で算出されたポンプ低減流量と関数発生器１３２で算出された値を入力し、関数発生器１４５と同様に、関数発生器１３２が１を出力する場合（差圧が閾値以上である場合）は、再生可能と判断し、関数発生器１４２で算出されたポンプ低減流量を出力し、関数発生器１３２が０を出力する場合（差圧が閾値より小さい場合）は、再生不可能と判断し、ポンプ低減流量として０を出力する。

【0105】

ポンプ要求流量信号１０４とポンプ最小流量設定部１０６に予め設定した油圧ポンプ１の最小流量が加算器１０５に入力され、ポンプ要求流量からポンプ最小流量を差し引くことで再生可能流量が演算される。

【0106】

再生可能流量は関数発生器１４４に入力され、関数発生器１４４は、再生可能流量が予め定めた閾値以上である場合は再生可能であることを意味する１を出力し、閾値未満である場合は再生不能であることを意味する０を出力する。再生可能流量が少ない場合は、制御弁７のメータインの開口が閉じ気味であり、再生制御弁４４の再生側通路の開口面積を開いても、アームシリンダ８のロッド側へは圧油がほとんど流れない。逆に再生流量可能が十分多い場合は、制御弁８のメータインの開口が開いており、再生流量を十分流すことが可能である。そのため関数発生器１４４では、再生可能かどうかの判断を行っており、閾値としてはそのような判断を可能とする小さめの値が設定されている。

【0107】

積算器１４７では、積算器１４５の出力と関数発生器１４４の出力が入力され、関数発生器１４４が１を出力する場合は、関数発生器１４５の出力（関数発生器１３２が１を出力している場合は関数発生器１４１で算出された開口面積）を出力し、関数発生器１４４が０を出力する場合はゼロの開口面積を出力する。

【0108】

積算器１４８では、積算器１４６の出力と関数発生器１４４の出力が入力され、関数発生器１４７と同様に、関数発生器１４４が１を出力する場合は、関数発生器１４６の出力（関数発生器１３２が１を出力している場合は関数発生器１４２で算出されたポンプ低減流量）を出力し、関数発生器１４４が０を出力する場合はゼロのポンプ低減流量を出力する。

【0109】

積算器１４７の出力は出力変換部１１５に入力され、電磁弁指令１１７として電磁比例弁１７に出力され、再生制御弁４４のストローク（開口面積）が制御される。

【0110】

車体コントローラ４２から出力されたポンプ要求流量信号１０４と積算器１４８の出力（ポンプ低減流量）とが加算器１４９に入力され、加算器１４９において、ポンプ要求流量からポンプ低減流量を差し引くことで目標ポンプ流量が算出される。この目標ポンプ流量は出力変換部１２６により油圧ポンプ１の傾転指令１０１に変換され、レギュレータ１ａに出力される。これにより油圧ポンプ１は、ブームシリンダ４のボトム側から圧油供給管路１０ａに供給される再生流量分、容量を減少させるよう制御される。

【0111】

以上の制御ロジックにより、レバー操作信号１１４が入力されると、関数発生器１４１及び関数発生器１４２から、それぞれ、再生制御弁４４の再生側通路の開口面積とポンプ低減流量が出力される。また、ボトム圧信号１１９とポンプ圧信号１２１から加算器１３０によりブームシリンダ４のボトム側の圧力と油圧ポンプ１の吐出圧との差圧が算出され、再生可/不可の判断を関数発生器１３２で行う。

【0112】

同様に、ポンプ要求流量信号１０４を加算器１０５に入力し、ポンプ要求流量からポンプ最小流量を減じた値を再生可能流量として算出し、再生可/不可の判断を関数発生器１４４で行う。

【0113】

演算された差圧及び再生可能流量に対してそれぞれ再生可能と判断された場合は、関数発生器１４１から出力された再生側通路の開口面積が出力変換部１１５によって電磁弁指令１１７に変換され、電磁比例弁１７に出力され再生制御弁４４のストロークが制御される。

【0114】

このことにより再生制御弁４４はレバー操作信号１１４に応じた開口面積に設定され、ブームシリンダ４のボトム側の排出油がアームシリンダ８のロッドに再生される。

【0115】

また、関数発生器１４２から出力されたポンプ低減流量は、加算器１４９によって、ポンプ要求流量信号１０４の流量からポンプ低減流量を減じた値として算出され、出力変換部１２６によって傾転指令１０１として出力される。

【0116】

このことにより油圧ポンプ１は再生流量分、吐出流量を低減することができ、油圧ポンプ１を駆動するエンジンの燃費の低減し、省エネルギー化を図ることができる。

【0117】

さらに、本実施の形態では、ブームシリンダ４のボトム側から排出される流量の一部をアームシリンダ８側に再生する制御と、残りの流量をタンクに戻す制御の両方を１つのバルブ（再生制御弁４４）で行えるようになり、バルブを電気的に制御するための電磁弁（電磁比例弁１７）が１つで済むことから、油圧駆動システムを簡易的な構成で実現可能であり、コスト低減、さらに搭載性を向上させることが可能となる。

【0118】

＜その他＞
以上において、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の実施の形態は本発明の精神の範囲内で種々の変更が可能である。例えば、上記実施の形態では、本発明を油圧ショベルに適用した場合について説明したが、本発明は、第１操作装置が第１被駆動体の自重落下方向に操作されたときに、第１被駆動体の自重落下によりボトム側から圧油を排出しロッド側から圧油を吸入する油圧シリンダを備える作業機械であれば、油圧クレーン、ホイールローダ等、その他の作業機械にも適用することができる。

【0119】

また、上記実施の形態では、ブーム用の制御弁３のメータアウト絞りを排出絞り弁として用い、ブームシリンダ４のボトム側から排出される流量のうちブームシリンダ４のロッド側とアームアクチュエータ８側のいずれにも供給されない流量をタンクに戻したが、制御弁３とは別に専用の排出絞り弁を設け、この排出絞り弁からタンクに戻してもよい。

【0120】

また、上記実施の形態では、連通通路２６をボトム側管路２３とロッド側管路２４間に接続し、この連通通路２６に連通昇圧弁１２を配置したが、連通通路２６を制御弁３の内部通路として形成しかつ連通昇圧弁１２を制御弁３内に配置してもよい。

【0121】

更に、上記実施の形態では、再生コントローラ１５と車体コントローラ４２の２つのコントローラを用いたが、これらの２つのコントローラを１つのコントローラに纏めてもよい。

【符号の説明】

【0122】

１ 油圧ポンプ
２ パイロットポンプ
３ 制御弁
４ ブームシリンダ（第１油圧アクチュエータ）
５ 第１操作装置
５ａ 操作レバー
５ｂ パイロット弁
５ｃ，５ｄ パイロット管路
６ 第１操作装置
６ａ 操作レバー
６ｂ パイロット弁
６ｃ，６ｄ パイロット管路
７ 制御弁
８ アームシリンダ（第２油圧アクチュエータ）
９ａ，１０ａ 圧油供給管路
９ｂ，１０ｂ タンク管路
１１ 再生制御弁
１２ 連通昇圧弁
１３ 電磁比例弁
１４ 圧力センサ
１５，１５Ａ 再生コントローラ
１６ 電磁比例弁
１７ 電磁比例弁
１８ 圧力センサ
１９ 圧力センサ
２０ メイクアップ付きオーバーロードリリーフバルブ
２１ 圧力センサ
２２ メイクアップ付きオーバーロードリリーフバルブ
２３ ボトム側管路
２４ ロッド側管路
２６ 連通管路
２７ 再生側管路
２８ ボトム側管路
２９ ロッド側管路
３１ 制御弁
３２ チェック弁
３５，３５Ａ 再生回路
３６ 昇圧回路
４１ 圧力センサ
４２ 車体コントローラ
４３ シャトル弁
１０１ 傾転指令
１０４ ポンプ要求流量信号
１０５ 加算器
１０６ ポンプ最小流量設定部
１０９ 関数発生器
１１１ 最小値選択器
１１２ 加算器
１１３ 電磁弁指令
１１４ レバー操作信号
１１５ 出力変換部
１１７ 電磁弁指令
１１９ ボトム圧信号
１２１ ポンプ圧信号
１２３ 加算器
１２４ 出力変換部
１２６ 出力変換部
１３０ 加算器
１３１ ゲイン発生器
１３２ 関数発生器
１３３ 積算器
１４１〜１４３ 関数発生器
１４５〜１４８ 積算器
１４９ 加算器
２０３ フロント作業機
２０５ ブーム（第１被駆動体）
２０６ アーム（第２被駆動体）
２０７ バケット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】