作業機械用液圧システム
作業機械用液圧システムが開示される。液圧システム（１００）は、流体の供給を蓄積するように構成されたタンク（１１４）と、タンク（１１４）と流体連通する加圧流体源（１１２）とを備える。第１油圧アクチュエータ（１２８）および第２油圧アクチュエータ（１６０）は加圧流体源（１１２）と流体連通している。第１流体リターンライン（１５８）は流体のリターン流を第１油圧アクチュエータ（１２８）からタンク（１１４）へ送るように構成され、第２流体リターンライン（１３０）は流体のリターン流を第２油圧アクチュエータ（１６０）からタンク（１１４）へ送るように構成されている。圧力制御手段（１７０）が第２流体リターンライン（１３０）内に配置され、第２流体リターンライン（１３０）内の流体圧力の大きさを選択的に調整するように動作可能である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液圧システムに関し、より詳細には、作業機械用の液圧システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
作業機械は一般的に、例えば土、建設資材、および／またはデブリなどの重量物を動かすために使用される。これらの作業機械は例えばホイールローダ、掘削機、フロントショベル、モータグレーダ、ブルドーザ、バックホウ、トラックローダであってもよく、一般的に少なくとも２種類の動力システムと、推進システムと、作業器具システムとを備えている。推進システムは例えば作業現場周辺あるいは作業現場間で作業機械を移動させるために用いられ、作業器具システムは例えば現場において作業サイクル中に作業器具を動かすために用いられる。
【０００３】
これらの作業機械は一般的に、推進システムおよび作業器具システムの双方に動力を供給する液圧システムを備えている。これらの種類の液圧システムは一般的に、推進システムおよび作業器具システムを作動させる一連の液圧アクチュエータを備えるものである。例えば、１個以上の油圧シリンダおよび／または油圧モータを用いて作業器具システムを作動させ、１個以上の油圧モータを用いて推進システムを作動させることができる。
【０００４】
液圧システムの液圧アクチュエータはキャビテーションが生じた場合に損傷を受ける可能性がある。例えば、油圧モータへの供給流体流がモータからのリターン流体流より少ないと、油圧モータにキャビテーションが生じることがある。この状態は、油圧モータへの供給流体の流れが停止して油圧モータの運動が停止すると発生する可能性がある。油圧モータ内の慣性により、油圧モータは回転を続けようとする。油圧モータの入口側へ補給流体流が送られない場合、油圧モータにキャビテーションが生じることがある。そのようなキャビテーションが生じると、液圧システム、とりわけキャビテーションが生じる液圧アクチュエータが、損傷を受ける可能性がある。さらに、キャビテーションが生じると、不快な騒音が発生する可能性もある。
【０００５】
（特許文献１）に示されるように、油圧モータ内のキャビテーションを低減するある方法には、油圧モータからの流体リターンラインに背圧弁を配置することが含まれる。背圧弁は、背圧弁と油圧モータとの間の流体リターンライン内に、ある大きさの流体圧力を維持する。この加圧された流体は油圧モータの動きに抗するように作用する。従って、モータへの流体の供給が停止すると、リターンライン内の流体の圧力はモータの継続した動きを妨げ、それによって油圧モータの供給側におけるキャビテーションを防止するように作用する。
【０００６】
しかしながら、流体リターンライン内の背圧を維持することは油圧モータの効率を低下させるように作用するかもしれない。油圧モータが発生させる動力は油圧モータに関する圧力差の関数である。従って油圧モータに対する背圧を増大させると、油圧モータによって発生する動力が低下するように作用することになる。動力の低下は効率の低下につながり、これは例えば作業機械がかなりの距離を移動する際など、油圧モータを長期間作動させる場合に特に顕著である。
【０００７】
【特許文献１】米国特許第５，６７３，６０５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本明細書の液圧システムは上記問題のうち１つ以上を解決する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一形態は、流体の供給を蓄積するように構成されたタンクと、タンクと流体連通する加圧流体源とを備える液圧システムを対象としている。第１油圧アクチュエータおよび第２油圧アクチュエータは加圧流体源と流体連通している。第１流体リターンラインは流体のリターン流を第１油圧アクチュエータからタンクへ送るように構成され、第２流体リターンラインは流体のリターン流を第２油圧アクチュエータからタンクへ送るように構成されている。圧力制御装置が第２流体リターンライン内に配置され、第２流体リターンライン内の流体圧力の大きさを選択的に調整するように動作可能である。
【００１０】
別の形態では、本発明は作業機械上の液圧システムを制御する方法を対象としている。加圧流体は第１油圧アクチュエータおよび第２油圧アクチュエータに供給される。第１油圧アクチュエータからの流体のリターン流は第１リターンラインを介してタンクへ送られる。第２油圧アクチュエータからの流体のリターン流は第２リターンラインを介してタンクへ送られる。第２リターンライン内に配置された圧力制御装置は、第２リターンライン内の流体圧力の大きさを選択的に調整するように調整される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
作業機械用液圧システム１００の例示的な実施形態を図１に示す。液圧システム１００はタンク１１４を備えてもよい。タンク１１４は作動流体の供給を保つように構成されている。作動流体は液圧システムで通常用いられるいかなる種類の流体であってもよい。
【００１２】
液圧システム１００は複数の液圧アクチュエータを備えてもよい。液圧アクチュエータは、例えば一連の油圧シリンダ、一連の油圧モータ、または油圧シリンダと油圧モータとの組み合わせであってもよい。図１の実施形態では、液圧システム１００は一連の油圧シリンダ１２８、１３８、１５０と、一連の油圧モータ１６０、１６２、および１６４とを有している。当該技術において認識されているように、液圧システム１００は液圧アクチュエータの様々な他の組み合わせを備えてもよいと考えられる。
【００１３】
各油圧シリンダ１２８、１３８、および１５０は、ピストンロッドアセンブリ１３３、１４１、および１５４をそれぞれ取り付けたハウジング１３１、１３９、および１５２をそれぞれ備えている。油圧シリンダ１２８のピストンロッドアセンブリおよびハウジングはヘッド側チャンバ１２７とロッド側チャンバ１２９とを定める。油圧シリンダ１３８および１５０は同様に、ヘッド側チャンバとロッド側チャンバとを備える。
【００１４】
加圧した流体を各油圧シリンダ１２８、１３８、および１５０に向けて流すと、それぞれのハウジング内においてそれぞれのピストンロッドアセンブリの運動を生じさせることができる。例えば、加圧流体の流れを油圧シリンダ１２８のヘッド側１２７に導入すると、ピストンロッドアセンブリ１３３をロッド側チャンバ１２９に向けて動かすことができる。ピストン１３３の移動によりロッド側チャンバ１２９の容積が減少するにつれて、ロッド側チャンバ１２９に存する流体はロッド側チャンバ１２９から流動する。特定の油圧シリンダから放出された流体は、タンク１１４につながる流体リターンライン１５８に向けられる。
【００１５】
液圧システム１００は、各油圧シリンダ１２８、１３８、および１５０に対する流体の流れを制御するため、複数の流量制御弁装置を備えてもよい。例えば、液圧システム１００は、一連の独立計量弁装置１０２、１０４、および１０６を備えてもよい。弁装置１０２は油圧シリンダ１２８に対する流体の流れを制御するように構成してもよい。弁装置１０４は油圧シリンダ１３８に対する流体の流れを制御するように構成してもよい。弁装置１０６は油圧シリンダ１５０に対する流体の流れを制御するように構成してもよい。
【００１６】
独立計量弁装置１０２、１０４、および１０６の各々は、複数の独立して作動し電子制御される計量弁を備えてもよい。例えば、各独立計量弁装置１０２、１０４、および１０６は、複数の計量弁１２０、１２２、１２４、１２６を備えてもよい。計量弁１２０は、ヘッド側チャンバ１２７から流体リターンライン１５８への流体の流れを制御する。計量弁１２２は、流体ライン１５５からヘッド側チャンバ１２７への加圧流体の流れを制御する。計量弁１２４は、流体ライン１５５からロッド側チャンバ１２９への加圧流体の流れを制御する。計量弁１２６は、ロッド側チャンバ１２９からタンク１１４への流体の流れを制御する。これらの計量弁は、流体ラインを通過する流体の流量を制御するために使用可能なスプール弁、ポペット弁、または他の従来型計量弁とすることができる。
【００１７】
各油圧モータ１６０、１６２、および１６４は可逆流体駆動モータであってもよい。加圧流体を各油圧モータ１６０、１６２、および１６４の一方の側に導入すると、それぞれの油圧モータを第１の方向に回転させることができる。加圧流体を油圧モータ１６０、１６２、および１６４の第２の側に導入すると、それぞれの油圧モータを反対方向に回転させることができる。各油圧モータ１６０、１６２、および１６４は、流体リターンライン１３０内に流体を選択的に放出することができる。
【００１８】
液圧システム１００は各油圧モータ１６０、１６２、および１６４に対する流体の流れを制御するため、複数の流量制御弁装置を備えてもよい。例えば、液圧システム１００は、一連の独立計量弁装置１０８、１１０、および１１１を備えてもよい。弁装置１０８は油圧モータ１６０に対する流体の流れを制御するように構成してもよい。弁装置１１０は油圧モータ１６２に対する流体の流れを制御するように構成してもよい。弁装置１１１は油圧モータ１６４に対する流体の流れを制御するように構成してもよい。
【００１９】
各独立計量弁装置１０８、１１０、および１１１は、複数の独立して作動し電子制御される計量弁を備えてもよい。例えば、各独立計量弁装置１０８、１１０、および１１１は、複数の計量弁１４０、１４２、１４４、および１４６を備えてもよい。計量弁１４０は、それぞれの油圧モータの第１の側への加圧流体の流れを制御し、計量弁１４２は、それぞれの油圧モータの第２の側への加圧流体の流れを制御する。そのため、計量弁１４０および１４２は「メータイン（ｍｅｔｅｒ ｉｎ）」弁と呼ぶことができる。計量弁１４４は、それぞれの油圧モータの第２の側から流体リターンライン１３０への流体の流れを制御し、計量弁１４６は、それぞれの油圧モータの第１の側から流体リターンライン１３０への流体の流れを制御する。そのため、計量弁１４４および１４６は「メータアウト（ｍｅｔｅｒ ｏｕｔ）」弁と呼ぶことができる。これらの計量弁は、流体ラインを通過する流体の流量を制御するために使用可能なスプール弁、ポペット弁、または他の従来型計量弁とすることができる。
【００２０】
液圧システム１００は、各液圧アクチュエータに加圧流体を供給する加圧流体源１１２を備えてもよい。加圧流体源１１２は第１ポンプ１１６と第２ポンプ１１８とを備えてもよい。第１および第２ポンプ１１６および１１８の各々は例えば可変出力高圧ポンプまたは定出力高圧ポンプであってもよい。第１および第２ポンプ１１６および１１８に駆動力を供給するため、エンジン（図示せず）または他の原動力を設けることができる。第１ポンプ１１６および第２ポンプ１１８の各々は、タンク１１４から流体を吸引して流体の圧力を増大させるため独立して作動させることができる。
【００２１】
第１および第２ポンプ１１６および１１８は一連の液圧アクチュエータに多くの異なる方法で接続することができる。以下により詳細に述べるように、液圧システム１００は作業機械（図２に示す例示的な実施形態）とともに用いることができる。図１に示す液圧システム１００の実施形態では、第１および第２ポンプ１１６および１１８は、液圧システム１００の予期される動作条件に基づき加圧流体の流れが各液圧アクチュエータにおいて利用可能となるように一連の液圧アクチュエータに接続される。液圧システム１００を例えば別種類の作業機械などの異なる用途に適合させるために、加圧流体源１１２と液圧アクチュエータとの間の流体接続には様々な変更をなしうるものと考えられる。
【００２２】
第１ポンプ１１６は流体ライン１５５を介して油圧シリンダ１２８および１３８に接続してもよい。弁装置１０２は、流体ライン１５５から油圧シリンダ１２８への加圧流体の流れを制御するように作動可能である。弁装置１０４は、流体ライン１５５から油圧シリンダ１３８への加圧流体の流れを制御するように作動可能である。油圧シリンダ１２８および１３８の各々からのリターン流は流体リターンライン１５８を介してタンク１１４に向けてもよい。
【００２３】
第２ポンプ１１８は流体ライン１５６を介して油圧シリンダ１５０に接続してもよい。弁装置１０６は、流体ライン１５６から油圧シリンダ１５０への加圧流体の流れを制御するように作動可能である。油圧シリンダ１５０からのリターン流は流体リターンライン１５８に向け、油圧シリンダ１２８および１３８からのリターン流と合流させタンク１１４に戻してもよい。
【００２４】
液圧システム１００は、一対の複合リリーフ・バイパス弁１９０を備えてもよい。複合弁１９０は流体ライン１５５および１５６から流体ライン１９２へ圧力を逃がすように作動させることができる。さらに、複合弁１９０は第１および第２ポンプ１１６および１１８から流体ライン１９２へ流れを迂回させるように作動可能である。流体ライン１９２は、逃がしまたは迂回の流れを油圧モータ１６０、１６２、および１６４からのリターン流と合流させるように流体リターンライン１３０と接続してもよい。
【００２５】
第１および第２ポンプ１１６および１１８は各々、加圧流体を油圧モータ１６０、１６２、および１６４に供給してもよい。流体ライン１５５における第１ポンプ１１６からの加圧流体の流れは第２ポンプ１１８から流体ライン１５９への加圧流体の流れと合流させてもよい。流体ライン１５５および１５６と流体ライン１５９との間には一対の集流器１４８を配置してもよい。集流器１４８は、加圧流体が流体ライン１５５および１５６の各々から流体ライン１５９へ流れる速度を制御するように作動させることができる。
【００２６】
流体ライン１５９は、加圧流体の流れを弁装置１０８、１１０、および１１１を介して油圧モータ１６０、１６２、および１６４へ向けるものである。弁装置１０８は油圧モータ１６０への加圧流体の流れを制御するように作動可能である。弁装置１１０は油圧モータ１６２への加圧流体の流れを制御するように作動可能である。弁装置１１１は油圧モータ１６４への加圧流体の流れを制御するように作動可能である。各油圧モータ１６０、１６２、および１６４からのリターン流は、タンク１１４につながる流体リターンライン１３０に向けてもよい。
【００２７】
流体リターンライン１３０には圧力制御装置１７０を配置してもよい。圧力制御装置１７０は、流体リターンライン１３０内に、ある大きさの圧力を維持するように構成される。圧力制御装置１７０は、液圧システム１００の動作に基づき流体リターンライン１３０内の圧力の大きさを変化させるように構成された、いかなる種類の装置でもよい。
【００２８】
例えば、圧力制御装置１７０は流体付勢チェック弁１７２を備えてもよい。チェック弁１７２は、加圧流体源１７６から流体ライン１７８を通過した加圧流体に対し露出してもよい。流体ライン１７８内の流体圧力の大きさは、チェック弁１７２が開いて、流体が流体リターンライン１３０を通ってタンク１１４へ流動可能となる圧力を決定するものである。従って、流体ライン１７８内の流体圧力を増大させると流体リターンライン１３０内の流体圧力が増大することになる。反対に、流体ライン１７８内の流体圧力を低下させると流体リターンライン１３０内の流体圧力は低下することになる。
【００２９】
圧力制御装置１７０は、流体ライン１７８内の圧力の大きさを制御して、それにより流体リターンライン１３０内の圧力の大きさを制御するため比例減圧弁１７４を備えてもよい。比例減圧弁１７４は弁体１７９を備えてもよい。弁体１７９の位置は、比例減圧弁１７４内の開口の大きさを制御して、それにより流体ライン１７８内の圧力の大きさを制御するように調整可能である。加圧流体源と流体ライン１７８との間の比例減圧弁１７４内の開口が大きくなると、流体ライン１７８内の流体圧力が大きくなる。加圧流体源と流体ライン１７８との間の比例減圧弁１７４内の開口が小さくなると、流体ライン１７８内の流体圧力が小さくなる。
【００３０】
比例減圧弁１７４は、弁体１７９に作用して比例減圧弁１７４内の開口の大きさを制御するように構成されたソレノイド１７５およびバネ１７７を備えてもよい。バネ１７７は、流体ライン１７８をタンク１１４に完全に連通させる位置へ弁体１７９を移動させるように作用可能である。ソレノイド１７５に電流を印加することにより、タンクの開口が閉じ加圧流体源と流体ライン１７８との間の接続が次第に開く位置に向かって弁体１７９を移動させる力を弁体１７９に加えることができる。ソレノイド１７５に印加される電流を大きくすると、弁体１７９にかかる力が大きくなるとともに弁体１７９が移動し、印加される電流の増大に比例して流体ライン１７８内の流体の圧力が増大する。ソレノイド１７５に印加される電流が小さくなると、比例減圧弁１７４内の開口の大きさにより、印加される電流の低下に比例して流体ライン１７８内の圧力も低下する。このように、ソレノイド１７５に印加される電流を調整することにより、比例減圧弁１７４を調整して、流体ライン１７８および流体リターンライン１３０内の圧力の大きさを制御することができる。
【００３１】
圧力制御装置１７０は、流体ライン１７８内の流体圧力の大きさを制御するように構成されたいかなる種類の弁あるいは他の機構を備えてもよいことが留意されるべきである。例えば、圧力制御装置１７０は、チェック弁１７２を付勢するように作用する可変抵抗ばねあるいは別の種類の機構を備えてもよい。
【００３２】
圧力制御装置１７０を制御するために制御装置１８０を設けてもよい。制御装置１８０はコンピュータを備えてもよく、このコンピュータは例えばメモリ、補助記憶装置、中央処理装置のようなプロセッサなどアプリケーションを実行するのに必要なすべての構成要素を有している。このコンピュータが付加的あるいは異なる構成要素を搭載可能であることは当業者の了解するところであろう。さらに、本発明の諸形態はメモリに格納されているものとして記述されているが、ハードディスク、フロッピー（登録商標）ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、または他の形態のＲＡＭあるいはＲＯＭを含む、コンピュータチップや補助記憶装置など、他の種類のコンピュータプログラム製品またはコンピュータ読み取り可能な媒体にこれらの諸形態を格納可能あるいはそれらから読み取り可能であることは当業者の了解するところであろう。制御装置１８０は例えば電源回路、信号調整回路、ソレノイド駆動回路など他の様々な既知の回路をさらに備えてもよい。
【００３３】
制御装置１８０は、油圧モータ１６０、１６２、および１６４の動作に基づき比例減圧弁１７４のソレノイド１７５に印加される電流を制御するように構成してもよい。モータキャビテーションの可能性が相対的に低い場合などの動作条件では、制御装置１８０はソレノイド１７５に印加する電流を低下させることにより流体リターンライン１３０内の圧力を低下させてもよい。モータキャビテーションの可能性が相対的に高い場合など他の動作条件では、制御装置１８０はソレノイド１７５に印加する電流を増大させ流体リターンライン１３０内の圧力を増大させてもよい。
【００３４】
これまでに述べたように、上述の液圧システム１００は作業機械に組み込むことができる。作業機械２００の例示的な実施形態を図２に示す。作業機械２００は、操作者用の座席領域を含むハウジング２０２を有している。
【００３５】
ハウジング２０２は、垂直軸２０６を中心としてハウジング２０２を回転ないし回動させるように構成された旋回アセンブリ２０４上に取り付けてもよい。旋回アセンブリ２０４には、例えば流体モータ１６４（図１を参照）のような液圧アクチュエータにより動力を供給することができる。弁装置１１１は流体モータ１６４への加圧流体の流れを制御することによって旋回アセンブリ２０４の移動の方向および速度を制御することができる。
【００３６】
ハウジング２０２および旋回アセンブリ２０４は牽引装置２０８により支持してもよい。牽引装置２０８は、現場周辺および／または現場間で作業機械２００を移動させるように構成された、いかなる種類の装置でもよい。例えば、牽引装置２０８は一対の無限軌道２１０（そのうち一方のみを図２に示す）を備えてもよい。各無限軌道２１０には、例えば流体モータ１６０および１６２（図１を参照）の一方のような液圧アクチュエータにより動力を供給することができる。弁装置１０８は流体モータ１６０への加圧流体の流れを制御することによって一方の無限軌道の移動方向および速度を制御することができる。弁装置１１０は流体モータ１６２への加圧流体の流れを制御することによって第２の無限軌道の移動方向および速度を制御することができる。
【００３７】
作業機械２００は、地面係合工具２２４を操作可能に搭載した作業器具リンク機構２１２を備えてもよい。作業器具リンク機構２１２はブーム２２０を備えてもよい。ブーム２２０は、矢印２２１によって示す方向への動きのため、ハウジング２０２上に回動自在に取り付けてもよい。別の例示的な実施形態では、ブーム２２０は旋回アセンブリ２０４に直接取り付けてもよく、ハウジング２０２を牽引装置２０８に対し固定してもよい。この代替的実施形態では、旋回アセンブリ２０４によって、ブームが垂直軸を中心としてハウジング２０２に対し回動することが可能になる。
【００３８】
ブーム２２０には、矢印２２３によって示す方向への動きのためスティック２２２を回動自在に取り付けてもよい。スティック２２２には、矢印２２５によって示す方向への動きのため地面係合工具２２４を作動可能に取り付けてもよい。地面係合工具２２４は、土、デブリ、または他の資材の荷重２２６を移動させるために作業機械で一般的に使用されるいかなる種類の機構であってもよい。例えば、地面係合工具２２４はショベル、バケット、ブレード、またはクラムシェルであってもよい。
【００３９】
作業器具リンク機構２１２には、例えば液圧システム１００（図１を参照）の油圧シリンダ１２８、１３８および１５０のような一連の液圧アクチュエータにより動力を供給することができる。油圧シリンダ１５０のハウジング１５２はハウジング２０２に連結してもよく、油圧シリンダ１５０のピストンロッドアセンブリ１５４はブーム２２０に連結してもよい。弁装置１０６は油圧シリンダ１５０に対する流体の流れを制御することによりブーム２２０の動きを制御することができる。
【００４０】
油圧シリンダ１３８および１２８は、それぞれスティック２２２および地面係合工具２２４の動きに動力を供給することができる。油圧シリンダ１３８のハウジング１３９をブーム２２０に連結し、油圧シリンダ１３８のピストンロッドアセンブリ１４１をスティック２２２に連結してもよい。弁装置１０４は油圧シリンダ１３８に対する流体の流れを制御することによりブーム２２０に対するスティック２２２の動きを制御することができる。同様に、油圧シリンダ１２８のハウジング１３１をスティック２２２に連結し、油圧シリンダ１２８のピストンロッドアセンブリ１３３を地面係合工具２２４に連結してもよい。弁装置１０２は油圧シリンダ１２８に対する流体の流れを制御することによりスティック２２２に対する地面係合工具２２４の動きを制御することができる。
【００４１】
制御装置１８０（図１を参照）は、操作者から受けた入力に基づき各弁装置１０２、１０４、１０６、１０８、１１０、および１１１に制御信号を送るように構成してもよい。これら制御信号は弁装置の各々の内部で計量弁を動かして各液圧アクチュエータに対する流体の流れを制御するように構成することができる。このようにして、制御装置１８０は操作者が望む特定の動きまたは作用を生じさせることができる。
【００４２】
制御装置１８０は液圧システム１００における液圧アクチュエータの動作を監視し、液圧アクチュエータの１つがキャビテーションを起こしている状態を識別することができる。例えば、制御装置１８０は油圧モータ１６０、１６２、および１６４の現在の動作特性を示す一連の信号Ｓ１、Ｓ２、およびＳ３を受け取ることができる。信号Ｓ１、Ｓ２、およびＳ３は例えば各油圧モータを出る流体流量、各油圧モータの回転速度、各油圧モータの出力、または他の関連する動作特性を表わすものでもよい。
【００４３】
制御装置１８０は信号Ｓ１、Ｓ２、およびＳ３を処理して液圧システム１００におけるキャビテーションの可能性を識別することができる。キャビテーションの危険度が増大すると、制御装置１８０は圧力制御装置１７０を調整して流体リターンライン１３０内の流体圧力を上げることができる。キャビテーションの危険度が低下すると、制御装置１８０は圧力制御装置１７０を調整して流体リターンライン１３０内の流体圧力を下げることができる。
【００４４】
図１の実施形態では、圧力制御装置１７０は油圧モータ１６０、１６２、および１６４におけるキャビテーションの可能性を低下させるように構成されている。しかし、圧力制御装置１７０はさらに、油圧アクチュエータ１２８、１３８、および１５０におけるキャビテーションを防止するように構成してもよいと考えられる。これは例えばリターンライン１５８と流体リターンライン１３０との間に流体接続ラインを設けることにより実現可能である。油圧アクチュエータ１２８、１３８、および１５０からのリターン流のすべてまたは一部分を流体リターンライン１３０に向けるため、この流体接続ライン内に制御弁（図示せず）を配置してもよい。このように、圧力制御装置１７０を用いて、油圧アクチュエータ１２８、１３８、および１５０のうち１つ以上に対する背圧の大きさを制御することができる。
【００４５】
流体リターンライン１３０を通過する流体の流量が相対的に小さい場合、油圧モータ１６０、１６２、および１６４におけるキャビテーションの危険度が高まることがある。これが生じるのは例えば、油圧モータ１６０、１６２、１６４のうち１基のみが稼動中に回転を停止される場合である。これにより漏出が大きくなり、十分な補給流体が得られなくなる場合がある。この状況では、制御装置１８０は圧力制御装置１７０を動作させて流体リターンライン１３０内の流体圧力を上げることができる。作動中の油圧モータ１６０、１６２、または１６４への流体流を停止すると、流体リターンライン１３０の背圧が高まり、メータアウト弁の働きにより必要な補給流体が供給される。
【００４６】
流体リターンライン１３０を通過する流体の流量が相対的に大きい場合、油圧モータ１６０、１６２、および１６４におけるキャビテーションの危険度は低くなることがある。これが生じるのは例えば、作業機械２００が一定距離を移動する際など油圧モータ１６０、１６２、１６４のうち２つ以上が稼動している場合である。さらに、加圧流体源１１２が流体ライン１９２を通じて流体リターンライン１３０へ流体の迂回流または逃がし流を供給しているときは、流体リターンライン１３０を通過する流体の流量が相対的に大きくなることがある。この状況では、制御装置１８０は圧力制御装置１７０を動作させて流体リターンライン１３０内の流体圧力を下げることができる。流体リターンライン１３０内の流体圧力を下げると、作動中の油圧モータの効率が高まる可能性がある。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
上記液圧システムは、液圧システム１００における１基以上の油圧アクチュエータの動作に関連したキャビテーションの可能性を低下させるために使用することができる。例えば油圧モータ１６０、１６２、および１６４のような油圧アクチュエータのうちいくつかからの流体のリターン流は、圧力制御装置１７０を通過させることができる。例えば油圧シリンダ１２８、１３８、および１５０のような他の油圧アクチュエータからの流体のリターン流はタンク１１４に直接送ることができる。キャビテーションの可能性が高まると、圧力制御装置１７０を調整して流体リターンライン１３０内の圧力を上げることにより、油圧モータ１６０、１６２、および１６４にかかる背圧を上げることができる。キャビテーションの可能性が低くなると、流体リターンライン１３０内の圧力を下げ、背圧を下げることができる。
【００４８】
圧力制御装置１７０の可変性により、液圧システム１００における油圧アクチュエータの効率は向上する。一定の状況の下で流体リターンライン１３０内の圧力を下げると液圧システム１００の効率を高めることができる。さらに、油圧アクチュエータ１２８、１３８、および１５０からの流体のリターン流をタンクに直接送ることによっても液圧システム１００の効率を高めることができる。
【００４９】
上記液圧システム１００の圧力制御装置１７０は、液圧システム１００の他の形態に対する制御を改善するために使用することができる。例えば、加圧流体源１１２からのアンロード流が圧力制御装置１７０に通されるにつれて、圧力制御装置を作動させて加圧流体源１１２に関するアンロード圧力を調整することができる。他のそのような制御形態は当業者にとって明らかであろう。
【００５０】
本明細書に記述された液圧システム１００は作業機械２００と共に用いることができる。液圧システム１００は掘削機（図２参照）に関連して説明を行なってきたが、液圧システムはいかなる種類の作業機械でも使用可能と考えられる。例えば、作業機械２００はホイールローダ、フロントショベル、モータグレーダ、ブルドーザ、バックホウ、またはトラックローダであってもよい。
【００５１】
本明細書の液圧システムにおいて本明細書の範囲から逸脱することなく様々な修正および変更をなしうることは当業者にとって明らかであろう。開示されたシステムに関する明細書および実施を考慮することにより、他の実施形態も当業者にとって明らかであろう。本明細書および実施例は単なる例示と見なすべきであり、本明細書の厳密な範囲は以下の特許請求の範囲およびそれらの同等物によって示されるものと解される。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の一実施形態による液圧回路の概略図である。
【図２】作業機械の例示的な実施形態の図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は液圧システムに関し、より詳細には、作業機械用の液圧システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
作業機械は一般的に、例えば土、建設資材、および／またはデブリなどの重量物を動かすために使用される。これらの作業機械は例えばホイールローダ、掘削機、フロントショベル、モータグレーダ、ブルドーザ、バックホウ、トラックローダであってもよく、一般的に少なくとも２種類の動力システムと、推進システムと、作業器具システムとを備えている。推進システムは例えば作業現場周辺あるいは作業現場間で作業機械を移動させるために用いられ、作業器具システムは例えば現場において作業サイクル中に作業器具を動かすために用いられる。
【０００３】
これらの作業機械は一般的に、推進システムおよび作業器具システムの双方に動力を供給する液圧システムを備えている。これらの種類の液圧システムは一般的に、推進システムおよび作業器具システムを作動させる一連の液圧アクチュエータを備えるものである。例えば、１個以上の油圧シリンダおよび／または油圧モータを用いて作業器具システムを作動させ、１個以上の油圧モータを用いて推進システムを作動させることができる。
【０００４】
液圧システムの液圧アクチュエータはキャビテーションが生じた場合に損傷を受ける可能性がある。例えば、油圧モータへの供給流体流がモータからのリターン流体流より少ないと、油圧モータにキャビテーションが生じることがある。この状態は、油圧モータへの供給流体の流れが停止して油圧モータの運動が停止すると発生する可能性がある。油圧モータ内の慣性により、油圧モータは回転を続けようとする。油圧モータの入口側へ補給流体流が送られない場合、油圧モータにキャビテーションが生じることがある。そのようなキャビテーションが生じると、液圧システム、とりわけキャビテーションが生じる液圧アクチュエータが、損傷を受ける可能性がある。さらに、キャビテーションが生じると、不快な騒音が発生する可能性もある。
【０００５】
（特許文献１）に示されるように、油圧モータ内のキャビテーションを低減するある方法には、油圧モータからの流体リターンラインに背圧弁を配置することが含まれる。背圧弁は、背圧弁と油圧モータとの間の流体リターンライン内に、ある大きさの流体圧力を維持する。この加圧された流体は油圧モータの動きに抗するように作用する。従って、モータへの流体の供給が停止すると、リターンライン内の流体の圧力はモータの継続した動きを妨げ、それによって油圧モータの供給側におけるキャビテーションを防止するように作用する。
【０００６】
しかしながら、流体リターンライン内の背圧を維持することは油圧モータの効率を低下させるように作用するかもしれない。油圧モータが発生させる動力は油圧モータに関する圧力差の関数である。従って油圧モータに対する背圧を増大させると、油圧モータによって発生する動力が低下するように作用することになる。動力の低下は効率の低下につながり、これは例えば作業機械がかなりの距離を移動する際など、油圧モータを長期間作動させる場合に特に顕著である。
【０００７】
【特許文献１】米国特許第５，６７３，６０５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本明細書の液圧システムは上記問題のうち１つ以上を解決する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一形態は、流体の供給を蓄積するように構成されたタンクと、タンクと流体連通する加圧流体源とを備える液圧システムを対象としている。第１油圧アクチュエータおよび第２油圧アクチュエータは加圧流体源と流体連通している。第１流体リターンラインは流体のリターン流を第１油圧アクチュエータからタンクへ送るように構成され、第２流体リターンラインは流体のリターン流を第２油圧アクチュエータからタンクへ送るように構成されている。圧力制御装置が第２流体リターンライン内に配置され、第２流体リターンライン内の流体圧力の大きさを選択的に調整するように動作可能である。
【００１０】
別の形態では、本発明は作業機械上の液圧システムを制御する方法を対象としている。加圧流体は第１油圧アクチュエータおよび第２油圧アクチュエータに供給される。第１油圧アクチュエータからの流体のリターン流は第１リターンラインを介してタンクへ送られる。第２油圧アクチュエータからの流体のリターン流は第２リターンラインを介してタンクへ送られる。第２リターンライン内に配置された圧力制御装置は、第２リターンライン内の流体圧力の大きさを選択的に調整するように調整される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
作業機械用液圧システム１００の例示的な実施形態を図１に示す。液圧システム１００はタンク１１４を備えてもよい。タンク１１４は作動流体の供給を保つように構成されている。作動流体は液圧システムで通常用いられるいかなる種類の流体であってもよい。
【００１２】
液圧システム１００は複数の液圧アクチュエータを備えてもよい。液圧アクチュエータは、例えば一連の油圧シリンダ、一連の油圧モータ、または油圧シリンダと油圧モータとの組み合わせであってもよい。図１の実施形態では、液圧システム１００は一連の油圧シリンダ１２８、１３８、１５０と、一連の油圧モータ１６０、１６２、および１６４とを有している。当該技術において認識されているように、液圧システム１００は液圧アクチュエータの様々な他の組み合わせを備えてもよいと考えられる。
【００１３】
各油圧シリンダ１２８、１３８、および１５０は、ピストンロッドアセンブリ１３３、１４１、および１５４をそれぞれ取り付けたハウジング１３１、１３９、および１５２をそれぞれ備えている。油圧シリンダ１２８のピストンロッドアセンブリおよびハウジングはヘッド側チャンバ１２７とロッド側チャンバ１２９とを定める。油圧シリンダ１３８および１５０は同様に、ヘッド側チャンバとロッド側チャンバとを備える。
【００１４】
加圧した流体を各油圧シリンダ１２８、１３８、および１５０に向けて流すと、それぞれのハウジング内においてそれぞれのピストンロッドアセンブリの運動を生じさせることができる。例えば、加圧流体の流れを油圧シリンダ１２８のヘッド側１２７に導入すると、ピストンロッドアセンブリ１３３をロッド側チャンバ１２９に向けて動かすことができる。ピストン１３３の移動によりロッド側チャンバ１２９の容積が減少するにつれて、ロッド側チャンバ１２９に存する流体はロッド側チャンバ１２９から流動する。特定の油圧シリンダから放出された流体は、タンク１１４につながる流体リターンライン１５８に向けられる。
【００１５】
液圧システム１００は、各油圧シリンダ１２８、１３８、および１５０に対する流体の流れを制御するため、複数の流量制御弁装置を備えてもよい。例えば、液圧システム１００は、一連の独立計量弁装置１０２、１０４、および１０６を備えてもよい。弁装置１０２は油圧シリンダ１２８に対する流体の流れを制御するように構成してもよい。弁装置１０４は油圧シリンダ１３８に対する流体の流れを制御するように構成してもよい。弁装置１０６は油圧シリンダ１５０に対する流体の流れを制御するように構成してもよい。
【００１６】
独立計量弁装置１０２、１０４、および１０６の各々は、複数の独立して作動し電子制御される計量弁を備えてもよい。例えば、各独立計量弁装置１０２、１０４、および１０６は、複数の計量弁１２０、１２２、１２４、１２６を備えてもよい。計量弁１２０は、ヘッド側チャンバ１２７から流体リターンライン１５８への流体の流れを制御する。計量弁１２２は、流体ライン１５５からヘッド側チャンバ１２７への加圧流体の流れを制御する。計量弁１２４は、流体ライン１５５からロッド側チャンバ１２９への加圧流体の流れを制御する。計量弁１２６は、ロッド側チャンバ１２９からタンク１１４への流体の流れを制御する。これらの計量弁は、流体ラインを通過する流体の流量を制御するために使用可能なスプール弁、ポペット弁、または他の従来型計量弁とすることができる。
【００１７】
各油圧モータ１６０、１６２、および１６４は可逆流体駆動モータであってもよい。加圧流体を各油圧モータ１６０、１６２、および１６４の一方の側に導入すると、それぞれの油圧モータを第１の方向に回転させることができる。加圧流体を油圧モータ１６０、１６２、および１６４の第２の側に導入すると、それぞれの油圧モータを反対方向に回転させることができる。各油圧モータ１６０、１６２、および１６４は、流体リターンライン１３０内に流体を選択的に放出することができる。
【００１８】
液圧システム１００は各油圧モータ１６０、１６２、および１６４に対する流体の流れを制御するため、複数の流量制御弁装置を備えてもよい。例えば、液圧システム１００は、一連の独立計量弁装置１０８、１１０、および１１１を備えてもよい。弁装置１０８は油圧モータ１６０に対する流体の流れを制御するように構成してもよい。弁装置１１０は油圧モータ１６２に対する流体の流れを制御するように構成してもよい。弁装置１１１は油圧モータ１６４に対する流体の流れを制御するように構成してもよい。
【００１９】
各独立計量弁装置１０８、１１０、および１１１は、複数の独立して作動し電子制御される計量弁を備えてもよい。例えば、各独立計量弁装置１０８、１１０、および１１１は、複数の計量弁１４０、１４２、１４４、および１４６を備えてもよい。計量弁１４０は、それぞれの油圧モータの第１の側への加圧流体の流れを制御し、計量弁１４２は、それぞれの油圧モータの第２の側への加圧流体の流れを制御する。そのため、計量弁１４０および１４２は「メータイン（ｍｅｔｅｒ ｉｎ）」弁と呼ぶことができる。計量弁１４４は、それぞれの油圧モータの第２の側から流体リターンライン１３０への流体の流れを制御し、計量弁１４６は、それぞれの油圧モータの第１の側から流体リターンライン１３０への流体の流れを制御する。そのため、計量弁１４４および１４６は「メータアウト（ｍｅｔｅｒ ｏｕｔ）」弁と呼ぶことができる。これらの計量弁は、流体ラインを通過する流体の流量を制御するために使用可能なスプール弁、ポペット弁、または他の従来型計量弁とすることができる。
【００２０】
液圧システム１００は、各液圧アクチュエータに加圧流体を供給する加圧流体源１１２を備えてもよい。加圧流体源１１２は第１ポンプ１１６と第２ポンプ１１８とを備えてもよい。第１および第２ポンプ１１６および１１８の各々は例えば可変出力高圧ポンプまたは定出力高圧ポンプであってもよい。第１および第２ポンプ１１６および１１８に駆動力を供給するため、エンジン（図示せず）または他の原動力を設けることができる。第１ポンプ１１６および第２ポンプ１１８の各々は、タンク１１４から流体を吸引して流体の圧力を増大させるため独立して作動させることができる。
【００２１】
第１および第２ポンプ１１６および１１８は一連の液圧アクチュエータに多くの異なる方法で接続することができる。以下により詳細に述べるように、液圧システム１００は作業機械（図２に示す例示的な実施形態）とともに用いることができる。図１に示す液圧システム１００の実施形態では、第１および第２ポンプ１１６および１１８は、液圧システム１００の予期される動作条件に基づき加圧流体の流れが各液圧アクチュエータにおいて利用可能となるように一連の液圧アクチュエータに接続される。液圧システム１００を例えば別種類の作業機械などの異なる用途に適合させるために、加圧流体源１１２と液圧アクチュエータとの間の流体接続には様々な変更をなしうるものと考えられる。
【００２２】
第１ポンプ１１６は流体ライン１５５を介して油圧シリンダ１２８および１３８に接続してもよい。弁装置１０２は、流体ライン１５５から油圧シリンダ１２８への加圧流体の流れを制御するように作動可能である。弁装置１０４は、流体ライン１５５から油圧シリンダ１３８への加圧流体の流れを制御するように作動可能である。油圧シリンダ１２８および１３８の各々からのリターン流は流体リターンライン１５８を介してタンク１１４に向けてもよい。
【００２３】
第２ポンプ１１８は流体ライン１５６を介して油圧シリンダ１５０に接続してもよい。弁装置１０６は、流体ライン１５６から油圧シリンダ１５０への加圧流体の流れを制御するように作動可能である。油圧シリンダ１５０からのリターン流は流体リターンライン１５８に向け、油圧シリンダ１２８および１３８からのリターン流と合流させタンク１１４に戻してもよい。
【００２４】
液圧システム１００は、一対の複合リリーフ・バイパス弁１９０を備えてもよい。複合弁１９０は流体ライン１５５および１５６から流体ライン１９２へ圧力を逃がすように作動させることができる。さらに、複合弁１９０は第１および第２ポンプ１１６および１１８から流体ライン１９２へ流れを迂回させるように作動可能である。流体ライン１９２は、逃がしまたは迂回の流れを油圧モータ１６０、１６２、および１６４からのリターン流と合流させるように流体リターンライン１３０と接続してもよい。
【００２５】
第１および第２ポンプ１１６および１１８は各々、加圧流体を油圧モータ１６０、１６２、および１６４に供給してもよい。流体ライン１５５における第１ポンプ１１６からの加圧流体の流れは第２ポンプ１１８から流体ライン１５９への加圧流体の流れと合流させてもよい。流体ライン１５５および１５６と流体ライン１５９との間には一対の集流器１４８を配置してもよい。集流器１４８は、加圧流体が流体ライン１５５および１５６の各々から流体ライン１５９へ流れる速度を制御するように作動させることができる。
【００２６】
流体ライン１５９は、加圧流体の流れを弁装置１０８、１１０、および１１１を介して油圧モータ１６０、１６２、および１６４へ向けるものである。弁装置１０８は油圧モータ１６０への加圧流体の流れを制御するように作動可能である。弁装置１１０は油圧モータ１６２への加圧流体の流れを制御するように作動可能である。弁装置１１１は油圧モータ１６４への加圧流体の流れを制御するように作動可能である。各油圧モータ１６０、１６２、および１６４からのリターン流は、タンク１１４につながる流体リターンライン１３０に向けてもよい。
【００２７】
流体リターンライン１３０には圧力制御装置１７０を配置してもよい。圧力制御装置１７０は、流体リターンライン１３０内に、ある大きさの圧力を維持するように構成される。圧力制御装置１７０は、液圧システム１００の動作に基づき流体リターンライン１３０内の圧力の大きさを変化させるように構成された、いかなる種類の装置でもよい。
【００２８】
例えば、圧力制御装置１７０は流体付勢チェック弁１７２を備えてもよい。チェック弁１７２は、加圧流体源１７６から流体ライン１７８を通過した加圧流体に対し露出してもよい。流体ライン１７８内の流体圧力の大きさは、チェック弁１７２が開いて、流体が流体リターンライン１３０を通ってタンク１１４へ流動可能となる圧力を決定するものである。従って、流体ライン１７８内の流体圧力を増大させると流体リターンライン１３０内の流体圧力が増大することになる。反対に、流体ライン１７８内の流体圧力を低下させると流体リターンライン１３０内の流体圧力は低下することになる。
【００２９】
圧力制御装置１７０は、流体ライン１７８内の圧力の大きさを制御して、それにより流体リターンライン１３０内の圧力の大きさを制御するため比例減圧弁１７４を備えてもよい。比例減圧弁１７４は弁体１７９を備えてもよい。弁体１７９の位置は、比例減圧弁１７４内の開口の大きさを制御して、それにより流体ライン１７８内の圧力の大きさを制御するように調整可能である。加圧流体源と流体ライン１７８との間の比例減圧弁１７４内の開口が大きくなると、流体ライン１７８内の流体圧力が大きくなる。加圧流体源と流体ライン１７８との間の比例減圧弁１７４内の開口が小さくなると、流体ライン１７８内の流体圧力が小さくなる。
【００３０】
比例減圧弁１７４は、弁体１７９に作用して比例減圧弁１７４内の開口の大きさを制御するように構成されたソレノイド１７５およびバネ１７７を備えてもよい。バネ１７７は、流体ライン１７８をタンク１１４に完全に連通させる位置へ弁体１７９を移動させるように作用可能である。ソレノイド１７５に電流を印加することにより、タンクの開口が閉じ加圧流体源と流体ライン１７８との間の接続が次第に開く位置に向かって弁体１７９を移動させる力を弁体１７９に加えることができる。ソレノイド１７５に印加される電流を大きくすると、弁体１７９にかかる力が大きくなるとともに弁体１７９が移動し、印加される電流の増大に比例して流体ライン１７８内の流体の圧力が増大する。ソレノイド１７５に印加される電流が小さくなると、比例減圧弁１７４内の開口の大きさにより、印加される電流の低下に比例して流体ライン１７８内の圧力も低下する。このように、ソレノイド１７５に印加される電流を調整することにより、比例減圧弁１７４を調整して、流体ライン１７８および流体リターンライン１３０内の圧力の大きさを制御することができる。
【００３１】
圧力制御装置１７０は、流体ライン１７８内の流体圧力の大きさを制御するように構成されたいかなる種類の弁あるいは他の機構を備えてもよいことが留意されるべきである。例えば、圧力制御装置１７０は、チェック弁１７２を付勢するように作用する可変抵抗ばねあるいは別の種類の機構を備えてもよい。
【００３２】
圧力制御装置１７０を制御するために制御装置１８０を設けてもよい。制御装置１８０はコンピュータを備えてもよく、このコンピュータは例えばメモリ、補助記憶装置、中央処理装置のようなプロセッサなどアプリケーションを実行するのに必要なすべての構成要素を有している。このコンピュータが付加的あるいは異なる構成要素を搭載可能であることは当業者の了解するところであろう。さらに、本発明の諸形態はメモリに格納されているものとして記述されているが、ハードディスク、フロッピー（登録商標）ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、または他の形態のＲＡＭあるいはＲＯＭを含む、コンピュータチップや補助記憶装置など、他の種類のコンピュータプログラム製品またはコンピュータ読み取り可能な媒体にこれらの諸形態を格納可能あるいはそれらから読み取り可能であることは当業者の了解するところであろう。制御装置１８０は例えば電源回路、信号調整回路、ソレノイド駆動回路など他の様々な既知の回路をさらに備えてもよい。
【００３３】
制御装置１８０は、油圧モータ１６０、１６２、および１６４の動作に基づき比例減圧弁１７４のソレノイド１７５に印加される電流を制御するように構成してもよい。モータキャビテーションの可能性が相対的に低い場合などの動作条件では、制御装置１８０はソレノイド１７５に印加する電流を低下させることにより流体リターンライン１３０内の圧力を低下させてもよい。モータキャビテーションの可能性が相対的に高い場合など他の動作条件では、制御装置１８０はソレノイド１７５に印加する電流を増大させ流体リターンライン１３０内の圧力を増大させてもよい。
【００３４】
これまでに述べたように、上述の液圧システム１００は作業機械に組み込むことができる。作業機械２００の例示的な実施形態を図２に示す。作業機械２００は、操作者用の座席領域を含むハウジング２０２を有している。
【００３５】
ハウジング２０２は、垂直軸２０６を中心としてハウジング２０２を回転ないし回動させるように構成された旋回アセンブリ２０４上に取り付けてもよい。旋回アセンブリ２０４には、例えば流体モータ１６４（図１を参照）のような液圧アクチュエータにより動力を供給することができる。弁装置１１１は流体モータ１６４への加圧流体の流れを制御することによって旋回アセンブリ２０４の移動の方向および速度を制御することができる。
【００３６】
ハウジング２０２および旋回アセンブリ２０４は牽引装置２０８により支持してもよい。牽引装置２０８は、現場周辺および／または現場間で作業機械２００を移動させるように構成された、いかなる種類の装置でもよい。例えば、牽引装置２０８は一対の無限軌道２１０（そのうち一方のみを図２に示す）を備えてもよい。各無限軌道２１０には、例えば流体モータ１６０および１６２（図１を参照）の一方のような液圧アクチュエータにより動力を供給することができる。弁装置１０８は流体モータ１６０への加圧流体の流れを制御することによって一方の無限軌道の移動方向および速度を制御することができる。弁装置１１０は流体モータ１６２への加圧流体の流れを制御することによって第２の無限軌道の移動方向および速度を制御することができる。
【００３７】
作業機械２００は、地面係合工具２２４を操作可能に搭載した作業器具リンク機構２１２を備えてもよい。作業器具リンク機構２１２はブーム２２０を備えてもよい。ブーム２２０は、矢印２２１によって示す方向への動きのため、ハウジング２０２上に回動自在に取り付けてもよい。別の例示的な実施形態では、ブーム２２０は旋回アセンブリ２０４に直接取り付けてもよく、ハウジング２０２を牽引装置２０８に対し固定してもよい。この代替的実施形態では、旋回アセンブリ２０４によって、ブームが垂直軸を中心としてハウジング２０２に対し回動することが可能になる。
【００３８】
ブーム２２０には、矢印２２３によって示す方向への動きのためスティック２２２を回動自在に取り付けてもよい。スティック２２２には、矢印２２５によって示す方向への動きのため地面係合工具２２４を作動可能に取り付けてもよい。地面係合工具２２４は、土、デブリ、または他の資材の荷重２２６を移動させるために作業機械で一般的に使用されるいかなる種類の機構であってもよい。例えば、地面係合工具２２４はショベル、バケット、ブレード、またはクラムシェルであってもよい。
【００３９】
作業器具リンク機構２１２には、例えば液圧システム１００（図１を参照）の油圧シリンダ１２８、１３８および１５０のような一連の液圧アクチュエータにより動力を供給することができる。油圧シリンダ１５０のハウジング１５２はハウジング２０２に連結してもよく、油圧シリンダ１５０のピストンロッドアセンブリ１５４はブーム２２０に連結してもよい。弁装置１０６は油圧シリンダ１５０に対する流体の流れを制御することによりブーム２２０の動きを制御することができる。
【００４０】
油圧シリンダ１３８および１２８は、それぞれスティック２２２および地面係合工具２２４の動きに動力を供給することができる。油圧シリンダ１３８のハウジング１３９をブーム２２０に連結し、油圧シリンダ１３８のピストンロッドアセンブリ１４１をスティック２２２に連結してもよい。弁装置１０４は油圧シリンダ１３８に対する流体の流れを制御することによりブーム２２０に対するスティック２２２の動きを制御することができる。同様に、油圧シリンダ１２８のハウジング１３１をスティック２２２に連結し、油圧シリンダ１２８のピストンロッドアセンブリ１３３を地面係合工具２２４に連結してもよい。弁装置１０２は油圧シリンダ１２８に対する流体の流れを制御することによりスティック２２２に対する地面係合工具２２４の動きを制御することができる。
【００４１】
制御装置１８０（図１を参照）は、操作者から受けた入力に基づき各弁装置１０２、１０４、１０６、１０８、１１０、および１１１に制御信号を送るように構成してもよい。これら制御信号は弁装置の各々の内部で計量弁を動かして各液圧アクチュエータに対する流体の流れを制御するように構成することができる。このようにして、制御装置１８０は操作者が望む特定の動きまたは作用を生じさせることができる。
【００４２】
制御装置１８０は液圧システム１００における液圧アクチュエータの動作を監視し、液圧アクチュエータの１つがキャビテーションを起こしている状態を識別することができる。例えば、制御装置１８０は油圧モータ１６０、１６２、および１６４の現在の動作特性を示す一連の信号Ｓ１、Ｓ２、およびＳ３を受け取ることができる。信号Ｓ１、Ｓ２、およびＳ３は例えば各油圧モータを出る流体流量、各油圧モータの回転速度、各油圧モータの出力、または他の関連する動作特性を表わすものでもよい。
【００４３】
制御装置１８０は信号Ｓ１、Ｓ２、およびＳ３を処理して液圧システム１００におけるキャビテーションの可能性を識別することができる。キャビテーションの危険度が増大すると、制御装置１８０は圧力制御装置１７０を調整して流体リターンライン１３０内の流体圧力を上げることができる。キャビテーションの危険度が低下すると、制御装置１８０は圧力制御装置１７０を調整して流体リターンライン１３０内の流体圧力を下げることができる。
【００４４】
図１の実施形態では、圧力制御装置１７０は油圧モータ１６０、１６２、および１６４におけるキャビテーションの可能性を低下させるように構成されている。しかし、圧力制御装置１７０はさらに、油圧アクチュエータ１２８、１３８、および１５０におけるキャビテーションを防止するように構成してもよいと考えられる。これは例えばリターンライン１５８と流体リターンライン１３０との間に流体接続ラインを設けることにより実現可能である。油圧アクチュエータ１２８、１３８、および１５０からのリターン流のすべてまたは一部分を流体リターンライン１３０に向けるため、この流体接続ライン内に制御弁（図示せず）を配置してもよい。このように、圧力制御装置１７０を用いて、油圧アクチュエータ１２８、１３８、および１５０のうち１つ以上に対する背圧の大きさを制御することができる。
【００４５】
流体リターンライン１３０を通過する流体の流量が相対的に小さい場合、油圧モータ１６０、１６２、および１６４におけるキャビテーションの危険度が高まることがある。これが生じるのは例えば、油圧モータ１６０、１６２、１６４のうち１基のみが稼動中に回転を停止される場合である。これにより漏出が大きくなり、十分な補給流体が得られなくなる場合がある。この状況では、制御装置１８０は圧力制御装置１７０を動作させて流体リターンライン１３０内の流体圧力を上げることができる。作動中の油圧モータ１６０、１６２、または１６４への流体流を停止すると、流体リターンライン１３０の背圧が高まり、メータアウト弁の働きにより必要な補給流体が供給される。
【００４６】
流体リターンライン１３０を通過する流体の流量が相対的に大きい場合、油圧モータ１６０、１６２、および１６４におけるキャビテーションの危険度は低くなることがある。これが生じるのは例えば、作業機械２００が一定距離を移動する際など油圧モータ１６０、１６２、１６４のうち２つ以上が稼動している場合である。さらに、加圧流体源１１２が流体ライン１９２を通じて流体リターンライン１３０へ流体の迂回流または逃がし流を供給しているときは、流体リターンライン１３０を通過する流体の流量が相対的に大きくなることがある。この状況では、制御装置１８０は圧力制御装置１７０を動作させて流体リターンライン１３０内の流体圧力を下げることができる。流体リターンライン１３０内の流体圧力を下げると、作動中の油圧モータの効率が高まる可能性がある。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
上記液圧システムは、液圧システム１００における１基以上の油圧アクチュエータの動作に関連したキャビテーションの可能性を低下させるために使用することができる。例えば油圧モータ１６０、１６２、および１６４のような油圧アクチュエータのうちいくつかからの流体のリターン流は、圧力制御装置１７０を通過させることができる。例えば油圧シリンダ１２８、１３８、および１５０のような他の油圧アクチュエータからの流体のリターン流はタンク１１４に直接送ることができる。キャビテーションの可能性が高まると、圧力制御装置１７０を調整して流体リターンライン１３０内の圧力を上げることにより、油圧モータ１６０、１６２、および１６４にかかる背圧を上げることができる。キャビテーションの可能性が低くなると、流体リターンライン１３０内の圧力を下げ、背圧を下げることができる。
【００４８】
圧力制御装置１７０の可変性により、液圧システム１００における油圧アクチュエータの効率は向上する。一定の状況の下で流体リターンライン１３０内の圧力を下げると液圧システム１００の効率を高めることができる。さらに、油圧アクチュエータ１２８、１３８、および１５０からの流体のリターン流をタンクに直接送ることによっても液圧システム１００の効率を高めることができる。
【００４９】
上記液圧システム１００の圧力制御装置１７０は、液圧システム１００の他の形態に対する制御を改善するために使用することができる。例えば、加圧流体源１１２からのアンロード流が圧力制御装置１７０に通されるにつれて、圧力制御装置を作動させて加圧流体源１１２に関するアンロード圧力を調整することができる。他のそのような制御形態は当業者にとって明らかであろう。
【００５０】
本明細書に記述された液圧システム１００は作業機械２００と共に用いることができる。液圧システム１００は掘削機（図２参照）に関連して説明を行なってきたが、液圧システムはいかなる種類の作業機械でも使用可能と考えられる。例えば、作業機械２００はホイールローダ、フロントショベル、モータグレーダ、ブルドーザ、バックホウ、またはトラックローダであってもよい。
【００５１】
本明細書の液圧システムにおいて本明細書の範囲から逸脱することなく様々な修正および変更をなしうることは当業者にとって明らかであろう。開示されたシステムに関する明細書および実施を考慮することにより、他の実施形態も当業者にとって明らかであろう。本明細書および実施例は単なる例示と見なすべきであり、本明細書の厳密な範囲は以下の特許請求の範囲およびそれらの同等物によって示されるものと解される。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の一実施形態による液圧回路の概略図である。
【図２】作業機械の例示的な実施形態の図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の供給を蓄積するように構成されたタンク（１１４）と、
タンク（１１４）と流体連通する加圧流体源（１１２）と、
加圧流体源（１１２）と流体連通する第１油圧アクチュエータ（１２８）と、
加圧流体源（１１２）と流体連通する第２油圧アクチュエータ（１６０）と、
流体のリターン流を第１油圧アクチュエータ（１２８）からタンク（１１４）へ送るように構成された第１流体リターンライン（１５８）と、
流体のリターン流を第２油圧アクチュエータ（１６０）からタンク（１１４）へ送るように構成された第２流体リターンライン（１３０）と、
第２流体リターンライン（１３０）内の流体圧力の大きさを選択的に調整するための圧力制御手段（１７０）と、
を備える液圧システム。
【請求項２】
第１油圧アクチュエータ（１２８）が油圧シリンダであり、第２油圧アクチュエータ（１６０）が油圧モータであり、加圧流体源（１１２）が第１ポンプ（１１６）と第２ポンプ（１１８）とを備える、請求項１の液圧システム。
【請求項３】
加圧流体源（１１２）と油圧シリンダ（１２８）との間の流体の流れを制御するとともに、油圧シリンダ（１２８）から第１流体リターンライン（１５８）への流体の流れを制御するように構成された第１組の独立計量弁（１０２）と、
加圧流体源（１１２）と油圧モータ（１６０）との間の流体の流れを制御するとともに、油圧モータ（１６０）から第２流体リターンライン（１３０）への流体の流れを制御するように構成された第２組の独立計量弁（１０６）と、
をさらに備える、請求項２のシステム。
【請求項４】
圧力制御手段（１７０）を調整することにより第２流体リターンライン（１３０）内の流体圧力の大きさを調整するように構成された制御装置（１８０）をさらに備える、請求項１のシステム。
【請求項５】
圧力制御手段（１７０）が、第２流体リターンライン（１３０）内に配置されたチェック弁（１７２）と、第２流体リターンライン（１３０）内の流体圧力の大きさを制御するように構成された比例減圧弁（１７４）とを備える、請求項４のシステム。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の液圧システム（１００）を備える作業機械（２００）。
【請求項７】
第１油圧アクチュエータ（１２８）および第２油圧アクチュエータ（１６０）に加圧流体を供給することと、
第１油圧アクチュエータ（１２８）から第１リターンラインを介してタンク（１１４）へ流体のリターン流を送ることと、
第２油圧アクチュエータ（１６０）から第２リターンライン（１３０）を介してタンク（１１４）へ流体のリターン流を送ることと、
第２リターンライン（１３０）内の流体圧力の大きさを選択的に調整するために、第２リターンライン（１３０）内に配置された圧力制御装置（１７０）を調整することと、
を含む、作業機械上の液圧システムを制御する方法。
【請求項８】
第２油圧アクチュエータ（１６０）が油圧モータであり、
油圧モータ（１６０）への流体の流れを制御することによって旋回アセンブリ（２０４）の動きを制御することと、
旋回アセンブリ（２０４）の動作の変化に応じて圧力制御装置（１７０）を調整することと、
をさらに含む、請求項７の方法。
【請求項９】
第１牽引装置（２０８）に関連する第２油圧モータ（１６２）の動作の変化と第２牽引装置（２０８）に関連する第３油圧モータ（１６４）の動作の変化とに応じて、圧力制御装置（１７０）を調整することをさらに含む、請求項８の方法。
【請求項１０】
第２リターンライン（１３０）を通る流体流量の低下に応じて第２リターンライン（１３０）内の流体圧力の大きさを増大させることと、
第２リターンライン（１３０）を通る流体流量の増大に応じて第２リターンライン（１３０）内の流体圧力の大きさを低下させることと、
をさらに含む、請求項９の方法。
【請求項１】
流体の供給を蓄積するように構成されたタンク（１１４）と、
タンク（１１４）と流体連通する加圧流体源（１１２）と、
加圧流体源（１１２）と流体連通する第１油圧アクチュエータ（１２８）と、
加圧流体源（１１２）と流体連通する第２油圧アクチュエータ（１６０）と、
流体のリターン流を第１油圧アクチュエータ（１２８）からタンク（１１４）へ送るように構成された第１流体リターンライン（１５８）と、
流体のリターン流を第２油圧アクチュエータ（１６０）からタンク（１１４）へ送るように構成された第２流体リターンライン（１３０）と、
第２流体リターンライン（１３０）内の流体圧力の大きさを選択的に調整するための圧力制御手段（１７０）と、
を備える液圧システム。
【請求項２】
第１油圧アクチュエータ（１２８）が油圧シリンダであり、第２油圧アクチュエータ（１６０）が油圧モータであり、加圧流体源（１１２）が第１ポンプ（１１６）と第２ポンプ（１１８）とを備える、請求項１の液圧システム。
【請求項３】
加圧流体源（１１２）と油圧シリンダ（１２８）との間の流体の流れを制御するとともに、油圧シリンダ（１２８）から第１流体リターンライン（１５８）への流体の流れを制御するように構成された第１組の独立計量弁（１０２）と、
加圧流体源（１１２）と油圧モータ（１６０）との間の流体の流れを制御するとともに、油圧モータ（１６０）から第２流体リターンライン（１３０）への流体の流れを制御するように構成された第２組の独立計量弁（１０６）と、
をさらに備える、請求項２のシステム。
【請求項４】
圧力制御手段（１７０）を調整することにより第２流体リターンライン（１３０）内の流体圧力の大きさを調整するように構成された制御装置（１８０）をさらに備える、請求項１のシステム。
【請求項５】
圧力制御手段（１７０）が、第２流体リターンライン（１３０）内に配置されたチェック弁（１７２）と、第２流体リターンライン（１３０）内の流体圧力の大きさを制御するように構成された比例減圧弁（１７４）とを備える、請求項４のシステム。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の液圧システム（１００）を備える作業機械（２００）。
【請求項７】
第１油圧アクチュエータ（１２８）および第２油圧アクチュエータ（１６０）に加圧流体を供給することと、
第１油圧アクチュエータ（１２８）から第１リターンラインを介してタンク（１１４）へ流体のリターン流を送ることと、
第２油圧アクチュエータ（１６０）から第２リターンライン（１３０）を介してタンク（１１４）へ流体のリターン流を送ることと、
第２リターンライン（１３０）内の流体圧力の大きさを選択的に調整するために、第２リターンライン（１３０）内に配置された圧力制御装置（１７０）を調整することと、
を含む、作業機械上の液圧システムを制御する方法。
【請求項８】
第２油圧アクチュエータ（１６０）が油圧モータであり、
油圧モータ（１６０）への流体の流れを制御することによって旋回アセンブリ（２０４）の動きを制御することと、
旋回アセンブリ（２０４）の動作の変化に応じて圧力制御装置（１７０）を調整することと、
をさらに含む、請求項７の方法。
【請求項９】
第１牽引装置（２０８）に関連する第２油圧モータ（１６２）の動作の変化と第２牽引装置（２０８）に関連する第３油圧モータ（１６４）の動作の変化とに応じて、圧力制御装置（１７０）を調整することをさらに含む、請求項８の方法。
【請求項１０】
第２リターンライン（１３０）を通る流体流量の低下に応じて第２リターンライン（１３０）内の流体圧力の大きさを増大させることと、
第２リターンライン（１３０）を通る流体流量の増大に応じて第２リターンライン（１３０）内の流体圧力の大きさを低下させることと、
をさらに含む、請求項９の方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公表番号】特表２００７−５１０８６４（Ｐ２００７−５１０８６４Ａ）
【公表日】平成１９年４月２６日（２００７．４．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５３６６３６（Ｐ２００６−５３６６３６）
【出願日】平成１６年９月２３日（２００４．９．２３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０３１１８７
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０４２９８３
【国際公開日】平成１７年５月１２日（２００５．５．１２）
【出願人】（３９１０２０１９３）キャタピラー インコーポレイテッド (296)
【氏名又は名称原語表記】ＣＡＴＥＲＰＩＬＬＡＲ ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【出願人】（０００１９０２９７）新キャタピラー三菱株式会社 (1,189)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１９年４月２６日（２００７．４．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年９月２３日（２００４．９．２３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０３１１８７
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０４２９８３
【国際公開日】平成１７年５月１２日（２００５．５．１２）
【出願人】（３９１０２０１９３）キャタピラー インコーポレイテッド (296)
【氏名又は名称原語表記】ＣＡＴＥＲＰＩＬＬＡＲ ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【出願人】（０００１９０２９７）新キャタピラー三菱株式会社 (1,189)
【Ｆターム（参考）】
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