特許 6781572 油圧駆動装置

(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】6781572

(24)【登録日】2020年10月20日

(45)【発行日】2020年11月4日

(54)【発明の名称】油圧駆動装置

(51)【国際特許分類】

   F15B 21/14 20060101AFI20201026BHJP

【ＦＩ】

   F15B21/14 A

【請求項の数】9

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2016-96492(P2016-96492)

(22)【出願日】2016年5月12日

(65)【公開番号】特開2017-203526(P2017-203526A)

(43)【公開日】2017年11月16日

【審査請求日】2019年4月12日

(73)【特許権者】

【識別番号】503405689

【氏名又は名称】ナブテスコ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106909

【弁理士】

【氏名又は名称】棚井 澄雄

(74)【代理人】

【識別番号】100126664

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 慎吾

(74)【代理人】

【識別番号】100141139

【弁理士】

【氏名又は名称】及川 周

(74)【代理人】

【識別番号】100165179

【弁理士】

【氏名又は名称】田▲崎▼ 聡

(72)【発明者】

【氏名】西谷 圭介

【審査官】 北村 一

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１３−５２６４６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−０３１０９５（ＪＰ，Ａ）

(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】

負荷を動かす油圧アクチュエータと、
前記油圧アクチュエータに対する圧油の給排を制御する制御弁と、
前記制御弁を介して前記油圧アクチュエータに圧油を供給するメインポンプと、
入口ポートと出口ポートを有し、回転軸の回転により前記入口ポートから吸い込んだ油を前記出口ポートから圧油として吐出するポンプ運転機能と、前記入口ポートへの圧油の供給と前記出口ポートからの油の排出により前記回転軸を回転させるモータ運転機能と、の両運転機能を併せ持つポンプ・モータと、
前記ポンプ・モータの前記出口ポートと前記制御弁との間に設けられた切換部と、
前記制御弁を介しての前記油圧アクチュエータからの戻り油を、前記切換部を介さずに前記ポンプ・モータの前記入口ポートに直接供給する回生ラインと、を備え、
前記切換部は、
第１の切換状態となることで、前記ポンプ・モータの前記出口ポートをタンクに連通させ、それにより前記ポンプ・モータを回生用の油圧モータとして運転させ、
第２の切換状態となることで、前記ポンプ・モータの前記出口ポートを、前記メインポンプから吐出される圧油の供給ラインに連通させ、それにより前記ポンプ・モータを油圧ポンプとして運転させる油圧駆動装置。

【請求項2】

前記制御弁は、前記油圧アクチュエータに対する圧油の給排を制御し、第１位置に操作されたとき前記油圧アクチュエータからの戻り油を回生ラインに導入し、第２位置に操作されたとき前記油圧アクチュエータからの戻り油をタンクラインに導入し、
前記切換部は、
前記制御弁が前記第１位置に操作された際に、前記第１の切換状態となり、
前記制御弁が前記第２位置に操作された際に、前記第２の切換状態となる請求項１に記載の油圧駆動装置。

【請求項3】

負荷を動かす油圧アクチュエータと、
前記油圧アクチュエータに対する圧油の給排を制御する制御弁と、
前記制御弁を介して前記油圧アクチュエータに圧油を供給するメインポンプと、
入口ポートと出口ポートを有し、回転軸の回転により前記入口ポートから吸い込んだ油を前記出口ポートから圧油として吐出するポンプ運転機能と、前記入口ポートへの圧油の供給と前記出口ポートからの油の排出により前記回転軸を回転させるモータ運転機能と、の両運転機能を併せ持つポンプ・モータと、
前記制御弁を介しての前記油圧アクチュエータからの戻り油を前記ポンプ・モータの前記入口ポートに供給する回生ラインと、
前記ポンプ・モータの前記出口ポートと前記制御弁との間に設けられた切換部と、を備え、
前記制御弁は、前記油圧アクチュエータに対する圧油の給排を制御し、第１位置に操作されたとき前記油圧アクチュエータからの戻り油を回生ラインに導入し、第２位置に操作されたとき前記油圧アクチュエータからの戻り油をタンクラインに導入し、
前記切換部は、
前記制御弁が前記第１位置に操作された際に、第１の切換状態となることで、前記ポンプ・モータの前記出口ポートをタンクに連通させ、それにより前記ポンプ・モータを回生用の油圧モータとして運転させ、
前記制御弁が前記第２位置に操作された際に、第２の切換状態となることで、前記ポンプ・モータの前記出口ポートを、前記メインポンプから吐出される圧油の供給ラインに連通させ、それにより前記ポンプ・モータを油圧ポンプとして運転させる油圧駆動装置。

【請求項4】

前記切換部は、前記ポンプ・モータの前記出口ポートに接続された２位置切換弁で構成されており、
前記２位置切換弁は、
前記ポンプ・モータを回生用の油圧モータとして運転させるときに、前記第１の切換状態に切り換えられることで、前記出口ポートをタンクに連通させ、
前記ポンプ・モータを油圧ポンプとして運転させるときに、前記第２の切換状態に切り換えられることで、前記出口ポートを前記メインポンプから吐出される圧油の供給ラインに連通させる請求項１〜３の何れか１項に記載の油圧駆動装置。

【請求項5】

負荷を動かす油圧アクチュエータと、
前記油圧アクチュエータに対する圧油の給排を制御する制御弁と、
前記制御弁を介して前記油圧アクチュエータに圧油を供給するメインポンプと、
入口と出口が逆転する２方向流れで利用可能な第１ポートと第２ポートを有し、前記第１ポートはタンクに連通され、回転軸の回転により前記第１ポートがタンクから油を吸い込んで前記第２ポートから圧油として吐出するポンプ運転機能と、前記第２ポートへの圧油の供給と前記第１ポートからタンクへの油の排出により前記回転軸を回転させるモータ運転機能と、の両運転機能を併せ持つ２方向流れ式のポンプ・モータと、
前記制御弁を介しての前記油圧アクチュエータからの戻り油を前記ポンプ・モータの前記第２ポートに供給可能な回生ラインと、
前記ポンプ・モータの前記第２ポートと前記制御弁との間に設けられた切換部と、
を備え、
前記切換部は、
第１の切換状態となることで、前記ポンプ・モータの前記第２ポートを前記回生ラインに連通させ、それにより前記ポンプ・モータを回生用の油圧モータとして運転させ、
第２の切換状態となることで、前記ポンプ・モータの前記第２ポートを、前記メインポンプから吐出される圧油の供給ラインに連通させ、それにより前記ポンプ・モータを油圧ポンプとして運転させる油圧駆動装置。

【請求項6】

前記制御弁は、前記油圧アクチュエータに対する圧油の給排を制御し、第１位置に操作されたとき前記油圧アクチュエータからの戻り油を回生ラインに導入し、第２位置に操作されたとき前記油圧アクチュエータからの戻り油をタンクラインに導入し、
前記切換部は、
前記制御弁が前記第１位置に操作された際に、前記第１の切換状態となり、
前記制御弁が前記第２位置に操作された際に、前記第２の切換状態となる請求項５に記載の油圧駆動装置。

【請求項7】

前記切換部は、前記ポンプ・モータの前記第２ポートに接続された２位置切換弁で構成され、
前記２位置切換弁は、
前記ポンプ・モータを回生用の油圧モータとして運転させるときに、前記第１の切換状態に切り換えられることで、前記第２ポートを前記回生ラインに連通させ、
前記ポンプ・モータを油圧ポンプとして運転させるときに、前記第２の切換状態に切り換えられることで、前記第２ポートを、前記メインポンプから吐出される圧油の供給ラインに連通させる請求項５または６に記載の油圧駆動装置。

【請求項8】

前記メインポンプの回転駆動軸と前記ポンプ・モータの回転軸とが、同一の原動機の回転駆動軸に結合されている請求項１〜７の何れか１項に記載の油圧駆動装置。

【請求項9】

前記ポンプ・モータは、斜板の傾斜角により容量が変化する可変容量油圧ポンプ・モータである請求項１〜８の何れか１項に記載の油圧駆動装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、油圧駆動装置に関する。

【背景技術】

【0002】

油圧ショベル等の建設機械の油圧駆動装置として、ブームや旋回台などの大きな慣性体（負荷）を動かす油圧アクチュエータからの戻り油（慣性体の運動エネルギーや位置エネルギーを反映した高圧の戻り油）で回生用の油圧モータを駆動し、その駆動出力を回生エネルギーとして取り出すものがある。回生エネルギーは、例えば、油圧ポンプを駆動する原動機の回転アシスト力として利用することが考えられている。しかしながら、回生用の油圧モータは、非回生時には仕事をしておらず、原動機の負荷にしかなっていないという現状がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第５０９４０９７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明が解決しようとする課題は、非回生時に油圧モータを油圧ポンプとして働かせることにより、メインポンプのアシストができるようにした油圧駆動装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

実施形態の油圧駆動装置は、油圧アクチュエータと、制御弁と、メインポンプと、ポンプ・モータと、ポンプ・モータの出口ポートと制御弁との間に設けられた切換部と、回生ラインと、を持つ。油圧アクチュエータは、負荷を動かす。制御弁は、油圧アクチュエータに対する圧油の給排を制御する。メインポンプは、制御弁を介して油圧アクチュエータに圧油を供給する。ポンプ・モータは、入口ポートと出口ポートを有し、回転軸の回転により入口ポートから吸い込んだ油を出口ポートから圧油として吐出するポンプ運転機能と、入口ポートへの圧油の供給と出口ポートからの油の排出により回転軸を回転させるモータ運転機能と、の両運転機能を併せ持つ。回生ラインは、制御弁を介しての油圧アクチュエータからの戻り油を、切換部を介さずにポンプ・モータの入口ポートに直接供給する。切換部は、第１の切換状態となることで、ポンプ・モータの出口ポートをタンクに連通させ、それによりポンプ・モータを回生用の油圧モータとして運転させる。また、第２の切換状態となることで、ポンプ・モータの出口ポートを、メインポンプから吐出される圧油の供給ラインに連通させ、それによりポンプ・モータを油圧ポンプとして運転させる。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】第１の実施形態の油圧駆動装置の中立状態を示す概略構成図。

【図2】第１の実施形態の油圧駆動装置の回生時の状態を示す概略構成図。

【図3】第１の実施形態の油圧駆動装置の非回生時の状態を示す概略構成図。

【図4】第２の実施形態の油圧駆動装置の中立状態を示す概略構成図。

【図5】第２の実施形態の油圧駆動装置の回生時の状態を示す概略構成図。

【図6】第２の実施形態の油圧駆動装置の非回生時の状態を示す概略構成図。

【図7】油圧ショベルの概略構成図。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下、実施形態の油圧駆動装置を、図面を参照して説明する。

【0008】

実施形態の油圧駆動装置は、主に建設機械に使用されるものである。そこでまず、適用される建設機械の例について先に述べる。図７は、建設機械として代表的な油圧ショベルの概略構成を示す。

【0009】

図７において、油圧ショベル３００は、油圧モータにより駆動される下部走行体３０１の上に、旋回モータを有する旋回機構３０２を介して車体本体３０５及び上部旋回体３０３を旋回自在に載置している。上部旋回体３０３には、その前方一側部にキャブ３０４が設けられ、且つ、前方中央部にブーム３１１が俯仰可能に取り付けられている。又、ブーム３１１の先端にアーム３１２が上下回動自在に取り付けられ、更にアーム３１２の先端にバケット３１３が上下回動自在に取り付けられている。符号３１４はブーム用の油圧シリンダ、３１５はアーム用の油圧シリンダ、３１６はバケット用の油圧シリンダである。

【0010】

ところで、ブーム３１１を駆動する油圧シリンダ３１４には、ブーム３１１を含む先端側の負荷が大きな慣性質量として作用する。同様に、旋回機構３０２や下部走行体３０１の油圧モータ（旋回モータや走行モータ：図示略）にも、制動時などに同様に大きな慣性質量が作用する。そこで、その慣性質量の位置エネルギーや運動エネルギーを回生するために、実施形態の油圧駆動装置が適用されている。

【0011】

（第１の実施形態）
図１〜図３は、第１の実施形態の油圧駆動装置の概略構成図である。ここでは、ブーム用の油圧シリンダ（図７の符号３１４）の油圧駆動装置を例にして説明する。

【0012】

この油圧駆動装置Ｍ１は、負荷（ブーム）を動かす油圧シリンダ（油圧アクチュエータ）５と、制御弁６と、メインポンプ２と、ポンプ・モータ３と、回生ライン２５と、切換弁（切換部）３０と、を有する。

【0013】

油圧シリンダ５は、ピストン５ｐで画成されたロッド側油室５ａとヘッド側油室（反ロッド側油室）５ｂの２つの作動油室を持つ。ロッド側油室５ａに圧油を供給するとき、ヘッド側油室５ｂから戻り油が発生し、油圧シリンダ５は縮む。油圧シリンダ５が縮むと、ブームは下方に回動する。一方、ヘッド側油室５ｂに圧油を供給するとき、ロッド側油室５ａから戻り油が発生し、油圧シリンダ５は伸びる。油圧シリンダ５が伸びると、ブームは上方に回動する。

【0014】

ブーム用の油圧シリンダ５の場合、位置エネルギーを回生する必要があるのは、ブームが上方から下方へ向けて回動するときである。つまり、ロッド側油室５ａに圧油を供給して油圧シリンダ５を縮ませるときに、位置エネルギーの大きさを反映して、ヘッド側油室５ｂから高圧の戻り油が発生する。従って、油圧シリンダ５の縮み動作のときだけ、高圧の戻り油からエネルギーを回生すればよい。反対に、油圧シリンダ５の伸長動作のときには、回生を行おうとすると、消費エネルギーが余分に増えることになるので、エネルギーの回生は行わない。つまり、油圧シリンダ５の片側の動作のときだけ回生を行う。

【0015】

制御弁６は、油圧シリンダ５に対する圧油の給排を制御するもので、中立位置Ｎ、Ａ位置（第１位置）及びＢ位置（第２位置）の３つの位置に位置決めできるように構成されている。

【0016】

外部接続ポートは６ａ〜６ｆの６つあり、Ｐ１ポート６ａには圧油の供給ライン２１が接続され、Ｐ２ポート６ｂには圧油の供給ライン２１から分岐した分岐供給ライン２２がチェックバルブ２３を介して接続されている。又、回生ポート６ｃには回生ライン２５が接続されている。

【0017】

一方、Ａシリンダポート６ｄには、油圧シリンダ５のロッド側油室５ａに繋がるＡ給排ライン１１が接続され、Ｂシリンダポート６ｆには、油圧シリンダ５のヘッド側油室５ｂに繋がるＢ給排ライン１２が接続されている。また、タンクポート６ｅには、タンクＴに繋がるタンクライン１３が接続されている。

【0018】

制御弁６は、図１に示すように、中立位置Ｎにあるとき、Ｐ２ポート６ｂをタンクポート６ｅに連通させ、他のポートは遮断する。つまり、中立位置Ｎでは、分岐供給ライン２２のみがタンクライン１３に接続される。

【0019】

又、制御弁６は、図２に示すように、Ａ位置（第１位置）にあるとき、Ｐ１ポート６ａをＡシリンダポート６ｄに連通させると共に、回生ポート６ｃをＢシリンダポート６ｆに連通させ、他のポートは遮断する。つまり、Ａ位置（第１位置）では、圧油の供給ライン２１を油圧シリンダ５のロッド側油室５ａに接続すると共に、油圧シリンダ５のヘッド側油室５ｂを回生ライン２５に接続する。

【0020】

又、制御弁６は、図３に示すように、Ｂ位置（第２位置）にあるとき、Ｐ１ポート６ａをＢシリンダポート６ｆに連通させると共に、Ａシリンダポート６ｄをタンクポート６ｅに連通させ、他のポートは遮断する。つまり、Ｂ位置（第２位置）では、圧油の供給ライン２１を油圧シリンダ５のヘッド側油室５ｂに接続すると共に、油圧シリンダ５のロッド側油室５ａをタンクＴに接続する。

【0021】

従って、油圧シリンダ５の戻り油だけに注目すれば、図２に示すように、制御弁６がＡ位置（第１位置）に操作されたとき、油圧シリンダ５のヘッド側油室５ｂからの戻り油は、回生ライン２５に導入される。又、図３に示すように、制御弁６がＢ位置（第２位置）に操作されたとき、油圧シリンダ５のロッド側油室５ａからの戻り油は、タンクライン１３に導入される。

【0022】

メインポンプ２は、制御弁６を介して油圧シリンダ５に圧油を供給するもので、斜板２ｓの傾斜角の調整で容量を変化させることのできる可変容量油圧ポンプで構成されている。このメインポンプ２は、回転駆動軸の回転により、入口ポート２ｂがタンクＴから吸い込んだ油を、出口ポート２ａから圧油として吐出する。出口ポート２ａには、圧油の供給ライン２１が接続されており、吐出された圧油は供給ライン２１上に矢印Ｙ方向に流れる。

【0023】

ポンプ・モータ３は、入口ポート３ｂと出口ポート３ａを有し、回転軸の回転により、入口ポート３ｂから吸い込んだ油を、出口ポート３ａから圧油として吐出するポンプ運転機能と、入口ポート３ｂへの圧油の供給と出口ポート３ａからの油の排出により、回転軸を回転させるモータ運転機能と、の両運転機能を併せ持つ。

【0024】

このポンプ・モータ３も、斜板３ｓの傾斜角の調整で容量を変化させることのできる可変容量油圧ポンプ・モータで構成されている。このポンプ・モータ３の入口ポート３ｂは、チェックバルブ２８を介してタンクＴに接続されている。また、このポンプ・モータ３の入口ポート３ｂには、回生ライン２５が接続されている。回生ライン２５とタンクＴとの間には、チェックバルブ２８があり、回生ライン２８の圧油がタンクＴに逃げないようになっている。

【0025】

回生ライン２５は、制御弁６を介しての油圧シリンダ５のヘッド側油室５ｂからの高圧の戻り油をポンプ・モータ３の入口ポート３ｂに供給するための経路である。

【0026】

メインポンプ２の回転駆動軸とポンプ・モータ３の回転軸は、同一のエンジン（原動機）１の回転駆動軸１ａに直列（並列でも可）に結合されている。

【0027】

次に切換弁３０について説明する。
切換弁３０は、ポンプ・モータ３の出口ポート３ａに接続されたパイロット油圧式の２位置切換弁で構成されている。

【0028】

この切換弁３０は、３０ａ〜３０ｃの３つの外部接続ポートを持ち、第１ポート３０ａにはポンプ・モータ３の出口ポート３ａが接続され、第２ポート３０ｂには圧油供給ライン２１に合流する合流ライン２６が接続されている。また、第３ポート３０ｃには、タンクＴに繋がるタンクライン２７が接続されている。

【0029】

この切換弁３０は、パイロット油圧が入力されていないとき、図３に示すように、Ｂ位置に保持される。そのＢ位置に保持された状態（第２の切換状態）で、第１ポート３０ａを第２ポート３０ｂに連通させ、他のポートは遮断する。従ってこの状態では、ポンプ・モータ３の出口ポート３ａが、合流ライン２６を介して供給ライン２１に接続される。

【0030】

又、この切換弁３０は、パイロット油圧が入力されたとき、図２に示すように、Ａ位置に保持される。そのＡ位置に保持された状態（第１の切換状態）で、第１ポート３０ａを第３ポート３０ｃに連通させ、他のポートは遮断する。従ってこの状態では、ポンプ・モータ３の出口ポート３ａが、タンクライン２７を介してタンクＴに接続される。

【0031】

つまり、図２に示すように、制御弁６がＡ位置（第１位置）に操作された際に、切換弁３０をＡ位置に保持した状態（第１の切換状態）にする（パイロット油圧を導入した状態にする）ことで、ポンプ・モータ３の出口ポート３ａをタンクＴに連通させることができる。これにより、油圧シリンダ５のヘッド側油室５ｂからの高圧の戻り油が、矢印Ｙ１で示すように、回生ライン２５及び入口ポート３ｂを介してポンプ・モータ３に導入されることになり、ポンプ・モータ３が回生用の油圧モータとして動作する。従って、ポンプ・モータ３の回転軸に取り出された回生トルクが、メインポンプ２を駆動するエンジン１のトルクをアシストする。

【0032】

一方、図３に示すように、制御弁６がＢ位置（第２位置）に操作された際に、切換弁３０をＢ位置に保持した状態（第２の切換状態）にする（パイロット油圧を導入しない状態にする）ことで、ポンプ・モータ３の出口ポート３ａを、メインポンプ２から吐出される圧油の供給ライン２１に連通させることができる。このとき、制御弁６がＢ位置であることにより、回生ライン２５には戻り油が流れないので、ポンプ・モータ３は、矢印Ｙ２で示すように、タンクＴから吸い上げた油を出口ポート３ａから圧油として吐出する。これにより、ポンプ・モータ３が油圧ポンプとして動作する。ポンプ・モータ３の出口ポート３ａから吐出された圧油（矢印Ｙ２の流れの圧油）は、メインポンプ２から吐出された圧油（矢印Ｙの流れの圧油）に供給ライン２１上で合流する。

【0033】

次に、回生時の動作と非回生時の動作について詳しく説明する。

【0034】

回生を実施（回生時）するのは、図２に示すように、制御弁６がＡ位置にあるとき、つまり、油圧シリンダ５を縮み動作させて、ブームを上方から下方に回動させるときである。このとき、切換弁３０にパイロット油圧を導入する。そうすると、切換弁３０がＢ位置からＡ位置に切り換わり、油圧シリンダ５のヘッド側油室５ｂの高圧の戻り油が、矢印Ｙ１で示すように、回生ライン２５を介して、ポンプ・モータ３の入口ポート３ｂに供給される。

【0035】

その圧油は、タンクライン２７に排出されるまでの間に、ポンプ・モータ３の斜板３ｓの傾斜角に応じたトルクで回転軸を回転させる仕事（回生）をなし、メインポンプ２を回転駆動するエンジン１の動力をアシストする。

【0036】

回生を実施しない（非回生時）のは、図３に示すように、制御弁６がＢ位置にあるとき、つまり、油圧シリンダ５を伸長動作させて、ブームを下方から上方に回動させるときである。このとき、油圧シリンダ５のロッド側油室５ａの戻り油はタンクＴに流れ、回生ライン２５に戻り油は流れない。そこで、切換弁３０に加えていたパイロット油圧を解除する。そうすると、切換弁３０がＡ位置からＢ位置に切り換わり、矢印Ｙ２で示すように、ポンプ・モータ３の入口ポート３ｂがタンクＴの油を吸い込んで、出口ポート３ａから圧油として吐出する。そして、ポンプ・モータ３の吐出する圧油が、メインポンプ２から吐出される圧油に合流し、合流した圧油が油圧シリンダ５のロッド側油室５ａに供給される。

【0037】

従って、非回生時には、メインポンプ２に加えて油圧ポンプが１つ増えたことになり、油圧シリンダ５への圧油の供給量を多く確保することができる。その結果、作業の速度を増加させることができる。あるいは、同じ速度で仕事を行わせる場合は、メインポンプ２の容量を小さくすることができる。

【0038】

以上のように、上述した第１の実施形態の油圧駆動装置Ｍ１では、ポンプ・モータ３を、油圧シリンダ５からの戻り油を回生する油圧モータとして運転させたり、メインポンプ２と協働する油圧ポンプとして運転させたりすることができる。そのため、エネルギーの有効な活用を行うことができ、効率的なシステムを実現することができる。

【0039】

（第２の実施形態）
図４〜図６は、第２の実施形態の油圧駆動装置の概略構成図である。図１〜図３に示した第１の実施形態と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。

【0040】

この油圧駆動装置Ｍ２の第１の実施形態の油圧駆動装置Ｍ１との最大の違いは、回生を行うポンプ・モータとして、２方向流れ式の容量可変ポンプ・モータ１０３を用いていることである。

【0041】

この２方向流れ式のポンプ・モータ１０３は、入口と出口が逆転する２方向流れで利用可能な第１ポート１０３ｂと第２ポート１０３ａを有している。第１ポート１０３ｂは、タンクＴに常時連通されている。そして、このポンプ・モータ１０３は、回転軸の回転により、第１ポート１０３ｂがタンクＴから油を吸い込んで第２ポート１０３ａから圧油として吐出するポンプ運転機能と、回生ライン２５から第２ポート１０３ａへの圧油の供給と第１ポート１０３ｂからタンクＴへの油の排出により回転軸を回転させるモータ運転機能と、の両運転機能を併せ持つ。

【0042】

このポンプ・モータ１０３も、斜板１０３ｓの傾斜角の調整で容量を変化させることのできる可変容量油圧ポンプ・モータで構成されている。メインポンプ２の回転駆動軸とポンプ・モータ１０３の回転軸は、同一のエンジン（原動機）１の回転駆動軸１ａに直列（並列でも可）に結合されている。

【0043】

本第２の実施形態では、切換弁３０のＰポート３０ａにポンプ・モータ１０３の第２ポート１０３ａが接続され、Ａポート３０ｂに圧油供給ライン２１に合流する合流ライン２６が接続されている。また、Ｂポート３０ｃには回生ライン２５が接続されている。

【0044】

切換弁３０は、パイロット油圧が入力されていないとき、図６に示すように、Ｂ位置に保持される。そのＢ位置に保持された状態（第２の切換状態）で、第１ポート３０ａを第２ポート３０ｂに連通させ、他のポートは遮断する。従ってこの状態では、ポンプ・モータ１０３の第２ポート１０３ａが、合流ライン２６を介して供給ライン２１に接続される。

【0045】

又、この切換弁３０は、パイロット油圧が入力されたとき、図５に示すように、Ａ位置に保持される。そのＡ位置に保持された状態（第１の切換状態）で、第１ポート３０ａを第３ポート３０ｃに連通させ、他のポートは遮断する。従ってこの状態では、ポンプ・モータ１０３の第２ポート３ａに回生ライン２５が接続される。

【0046】

つまり、図５に示すように、制御弁６がＡ位置（第１位置）に操作された際に、切換弁３０をＡ位置に保持した状態（第１の切換状態）にする（パイロット油圧を導入した状態にする）ことで、ポンプ・モータ１０３の第２ポート１０３ａを回生ライン２５に連通させることができる。これにより、油圧シリンダ５のヘッド側油室５ｂからの高圧の戻り油が、矢印Ｙ３で示すように、回生ライン２５及び第２ポート１０３ｂを介してポンプ・モータ１０３に導入されて、第１ポート１０３ｂからタンクＴに排出されることになり、ポンプ・モータ１０３が回生用の油圧モータとして動作する。従って、ポンプ・モータ１０３の回転軸に取り出された回生トルクが、メインポンプ２を駆動するエンジン１のトルクをアシストする。

【0047】

一方、図６に示すように、制御弁６がＢ位置（第２位置）に操作された際に、切換弁３０をＡ位置に保持した状態（第２の切換状態）にする（パイロット油圧を導入しない状態にする）ことで、ポンプ・モータ１０３の第２ポート１０３ａを、メインポンプ２から吐出される圧油の供給ライン２１に連通させることができる。このとき、制御弁６がＢ位置であることにより、回生ライン２５には戻り油が流れない上、切換弁３０の第３ポート３０ｃが遮断されているので、ポンプ・モータ３は、矢印Ｙ４で示すように、タンクＴから吸い上げた油を第２ポート１０３ａから圧油として吐出する。これにより、ポンプ・モータ１０３が油圧ポンプとして動作する。ポンプ・モータ１０３の第２ポート１０３ａから吐出された圧油（矢印Ｙ４の流れの圧油）は、メインポンプ２から吐出された圧油（矢印Ｙの流れの圧油）に供給ライン２１上で合流する。

【0048】

次に、回生時の動作と非回生時の動作について詳しく説明する。

【0049】

回生を実施する（回生時）のは、図５に示すように、制御弁６がＡ位置にあるとき、つまり、油圧シリンダ５を縮み動作させて、ブームを上方から下方に回動させるときである。このとき、切換弁３０にパイロット油圧を導入する。そうすると、切換弁３０がＢ位置からＡ位置に切り換わり、油圧シリンダ５のヘッド側油室５ｂの高圧の戻り油が、矢印Ｙ３で示すように、回生ライン２５を介して、ポンプ・モータ３の第２ポート３ｂに供給される。

【0050】

その圧油は、タンクＴに排出されるまでの間に、ポンプ・モータ１０３の斜板１０３ｓの傾斜角に応じたトルクで回転軸を回転させる仕事（回生）をなし、メインポンプ２を回転駆動するエンジン１の動力をアシストする。

【0051】

なお、本第２実施形態の場合は、制御弁６がＡ位置にあるときには、油圧シリンダ５のヘッド側油室５ｂから回生ライン２５に流れてくる戻り油を、最終的にタンクＴに導入する必要があるので、必ず切換弁３０にパイロット油圧を導入してＡ位置に切り換えておかなければならない。

【0052】

回生を実施しない（非回生時）のは、図６に示すように、制御弁６がＢ位置にあるとき、つまり、油圧シリンダ５を伸長動作させて、ブームを下方から上方に回動させるときである。このとき、油圧シリンダ５のロッド側油室５ａの戻り油はタンクＴに流れ、回生ライン２５に戻り油は流れない。そこで、切換弁３０に加えていたパイロット油圧を解除する。そうすると、切換弁３０がＡ位置からＢ位置に切り換わり、矢印Ｙ４で示すように、ポンプ・モータ１０３が第１ポート１０３ａからタンクＴの油を吸い込んで、第２ポート１０３ａから圧油として吐出する。そして、ポンプ・モータ１０３の吐出する圧油が、メインポンプ２から吐出される圧油に合流し、合流した圧油が油圧シリンダ５のロッド側油室５ａに供給される。

【0053】

従って、非回生時には、メインポンプ２に加えて油圧ポンプが１つ増えたことになり、油圧シリンダ５への圧油の供給量を多く確保することができる。その結果、作業の速度を増加させることができる。あるいは、同じ速度で仕事を行わせる場合は、メインポンプ２の容量を小さくすることができる。

【0054】

以上のように、上述した第２の実施形態の油圧駆動装置Ｍ２では、ポンプ・モータ１０３を、油圧シリンダ５からの戻り油を回生する油圧モータとして運転させたり、メインポンプ２と協働する油圧ポンプとして運転させたりすることができる。そのため、エネルギーの有効な活用を行うことができ、効率的なシステムを実現することができる。

【0055】

なお、上述の実施形態では、油圧ショベルのブーム用の油圧シリンダを駆動する装置の場合を例示したが、アーム用の油圧シリンダやバケット用の油圧シリンダを駆動する装置にも同様に適用することができる。ただし、ブームに比べアームやバケットは重量が小さいため、回生エネルギーの回収効果は比較的小さいと考えられる。

【0056】

又、上述の実施形態では、油圧シリンダを駆動する装置の場合を例示したが、走行用や旋回用の油圧モータを駆動する装置にも適用することができる。その場合は、制動時に、油圧モータからの戻り油のエネルギーを回生することになる。これらの場合は、位置エネルギーが大きいブームシリンダと異なり、慣性体である車体本体あるいは旋回体の運動エネルギーを回生することとなるが、各制動の方向は、走行のときは前進・後退、旋回のときは左右回転の如く２種類あるので、それぞれの戻り油に対して回生できるようにする必要がある。

【0057】

又、上述の実施形態では、パイロット油圧式の切換弁３０を用いた場合を例示したが、切換弁として電磁弁を用いてもよい。また、切換弁の代わりになるその他の切換部を用いてもよい。

【0058】

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、ポンプ・モータ３、１０３を、油圧シリンダ５からの戻り油を回生する油圧モータとして運転させたり、メインポンプ２と協働する油圧ポンプとして運転させたりすることができる。そのため、エネルギーの有効な活用を行うことができ、効率的なシステムを実現することができる。

【0059】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

【符号の説明】

【0060】

１ａ…回転駆動軸、２…メインポンプ、３…ポンプ・モータ、３ａ…出口ポート、３ｂ…入口ポート、５…油圧シリンダ（油圧アクチュエータ）、６…制御弁、Ｔ…タンク、１３…タンクライン、２１…供給ライン、２５…回生ライン、３０…切換弁（切換部）、１０３…ポンプ・モータ、１０３ａ…第２ポート、１０３ｂ…第１ポート

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】