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技術 圧力補償油圧システムにおいて複数の付勢可能な装置に減圧した油圧流を提供する装置および方法

出願人 フスコインターナショナルインコーポレイテッド
発明者 パイパー,ゲイリージェイ.
出願日 2004年4月30日 (15年10ヶ月経過) 出願番号 2004-134999
公開日 2004年11月25日 (15年3ヶ月経過) 公開番号 2004-332934
状態 未査定
技術分野 掘削機械の作業制御 流体圧回路(1)
主要キーワード 路選択弁 弁組立品 出力加工 遊動軸 機械操作者 油圧液 中間ライン 流れ制御システム
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図面 (5)

課題

複数の付勢可能な装置への油圧出力の制御のための装置と方法とを開示する。

解決手段

装置は、付勢可能な装置と各副弁とにそれぞれ結合した複数の主弁と、圧力源と1以上の副弁との間に結合された調整可能な弁とを有する。この調整可能な弁は、前記1以上の副弁での第1の圧力示度と、最も高い負荷圧に関する第2の示度とを受ける。前記第2の示度が前記第1の示度を超えるときに、前記調整弁が、前記圧力源から前記1以上の副弁に圧力を供給できるようにする。その結果、調整弁に接続されていない全ての他の副弁への油液流に較べて減少したこれらの各副弁に関して、等しい油液流量が生じる。

概要

背景

油圧システムは、流体動力源から多数の負荷流体動力を提供するための多くの環境で用いられている。特に、掘削機ローダバックホー等の種々の作業用車両においては、このような油圧システムが一般的に用いられている。この種の車両においては、油圧システムの作用する負荷には、車両のキャタピラ車輪を駆動する油圧力モータのみならず、アーム上下動、回転させ、バケットを上下動させるシリンダ等の種々の付勢可能な装置が含まれる。種々の付勢可能な装置は単一源(例えば、単一のポンプ)により動力を供給されるのが普通であるが、作業用車両の操作者により独立して制御される独立した制御弁(代表的にはスプール弁)を用いて、異なる装置への流体の流れの割合を独立に制御できるのが一般的である。

付勢可能な装置の動作は、これらの装置に対する油圧油の流れに依存し、そして油圧油の流れは、圧力源と付勢可能な装置との間の制御弁のメータリングオリフィス断面積と、これらのメータリングオリフィス間の差圧とに依存する。制御を容易にするために、油圧システムはしばしば圧力補償される。すなわち、制御弁のメータリングオリフィス間の差圧を設定し、維持するように設計され、メータリングオリフィス間の差圧ではなく、操作者による弁の制御のみがこれらの弁のメータリングオリフィスの断面積の変化を生じるようになる。このように圧力補償された油圧システムは、通常、各制御弁と各付勢可能な装置との間に配置される補償弁を有している。この補償弁はメータリングオリフィスの下流側の圧力を制御し、メータリングオリフィス間の所望の差圧を生じる。

概要

複数の付勢可能な装置への油圧出力の制御のための装置と方法とを開示する。 装置は、付勢可能な装置と各副弁とにそれぞれ結合した複数の主弁と、圧力源と1以上の副弁との間に結合された調整可能な弁とを有する。この調整可能な弁は、前記1以上の副弁での第1の圧力示度と、最も高い負荷圧に関する第2の示度とを受ける。前記第2の示度が前記第1の示度を超えるときに、前記調整弁が、前記圧力源から前記1以上の副弁に圧力を供給できるようにする。その結果、調整弁に接続されていない全ての他の副弁への油液流に較べて減少したこれらの各副弁に関して、等しい油液流量が生じる。

目的

このような圧力補償油圧システムは、通常、各制御弁間に生じる同一の特定の差圧(例えば、ポンプ余裕圧)を保証する。それにも拘らず、油圧システムの中には、選択された弁間の差圧を小さくして、これらの弁間の油圧油の流れを減少させることが望ましいものもある。例えば、掘削機の場合には、掘削機のアームやバケットの持ち上げ他の動きを制御するシリンダや、掘削機の溝堀装置などのアクセサリに対しては、通常の油圧油の流れを提供することが望ましいかもしれないが、同時に、掘削機のキャタピラの速度を制御する油圧モータに対しては、掘削機が低速で移動するように、遅い油圧液の流れを提供することが望ましいかもしれない。したがって、油圧システムによっては、選択された弁のメータリングオリフィス間の差圧を他の制御弁間の差圧より小さくする必要がある。

効果

実績

技術文献被引用数
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請求項1

複数の付勢可能装置に減圧した油圧流出力を供給するための装置であって、前記各付勢可能装置が各油圧流の量を共通のポンプから受け、前記各付勢可能装置が受けた油圧流の量は、該各付勢可能装置に関連する各負荷圧の差とは実質的に無関係である装置において、それぞれ第1の口と第2の口と有する複数の主弁と、該各主弁の前記各第2の口にそれぞれ結合した複数の副弁と、第1及び第2の付勢口を有し、前記各副弁の各付勢口圧力源との間に結合した調整弁とを有し、前記第1の付勢口が、前記副弁の各付勢口で第1の圧力示度を受け、前記第2の付勢口が、量により調整される最も高い負荷圧に関する第2の示度を受け、前記第2の示度が前記第1の示度を超えるときに、前記調整弁が、前記圧力源から前記副弁の前記各付勢口に油圧を供給できるようにすることを特徴とする装置。

請求項2

請求項1に記載の装置であって、各主弁の前記第1及び第2の口の対の間に存在する各差圧がほぼ等しくなるように、前記各副弁が、前記各第2の口で各レベルとなる各圧力を生じることを特徴とする装置。

請求項3

請求項1に記載の装置であって、前記量がばねによって決定されることを特徴とする装置。

請求項4

請求項1に記載の装置であって、前記ばねが操作者によって調整可能であることを特徴とする装置。

請求項5

請求項1に記載の装置であって、前記圧力源が、ポンプにより決定される圧力ライン内のポンプ圧であることを特徴とする装置。

請求項6

請求項1に記載の装置であって、前記主弁のそれぞれが各スプール弁であることを特徴とする装置。

請求項7

請求項1に記載の装置であって、前記副弁のそれぞれが各補償弁であり、前記副弁のそれぞれが、各付勢口を有する他に、別の各付勢口を有し、前記各副弁の前記更に別の各付勢口は、それぞれ、前記各主弁の前記各第2の口に結合していることを特徴とする装置。

請求項8

請求項1に記載の装置であって、前記各副弁は、各スプール弁であることを特徴とする装置。

請求項9

請求項1に記載の装置であって、操作者により付勢可能なモード選択弁を更に有し、前記各副弁の前記各付勢口は、モード選択弁が第1の位置にあるときだけ前記調整弁に結合し、前記モード選択弁が第2の位置にあるときに、前記各副弁の前記各付勢口が、最高負荷圧に結合されることを特徴とする装置。

請求項10

請求項1に記載の装置であって、それぞれ第1の口と第2の口とを有する複数の第2の主弁と、複数の第2の副弁とを備え、第2の複数の副弁は、各主付勢口と副付勢口とを有し、各主付勢口は、前記第2の複数の主弁の各主弁の各第2の口に結合されており、前記各第2の付勢口は最高負荷圧に結合されていることを特徴とする装置。

請求項11

請求項10に記載の装置であって、第2の複数の前記各副弁は、付加弁要素と結合したスプール弁である補償弁を含むことを特徴とする装置。

請求項12

請求項11に記載の装置であって、前記第1の複数の主弁の主弁の前記第1及び第2の口の間に第1の差圧が存在し、前記第2の複数の主弁の主弁の前記第1及び第2の口の間に第2の差圧が存在することを特徴とする装置。

請求項13

請求項12に記載の装置であって、第1の前記第1の複数の主弁が第1の付勢可能装置に結合され、第1の前記第2の複数の主弁が第2の付勢可能な装置に結合され、該第1及び第2の付勢可能装置は等しい付加圧を提供するとき、第1の量の油液流が前記第1の付勢可能な装置に提供され、第2の量の油液流が第2の付勢可能な装置に提供され、該第1の量が該第2の量よりも小さいことを特徴とする装置。

請求項14

請求項1に記載の装置であって、第1の主弁と第1の副弁とを有する弁組立品をさらに備え、該第1の主弁は、前記弁組立品内の第1の穴を通って縦方向に移動することのできる制御スプールであり、前記第1の副弁は、前記弁組立品内の第2の穴を通って前記縦方向に移動できる補償スプールであり、前記第1の主弁の前記第2の口での第1の圧力が、前記調整弁により伝達された第2の圧力を超えたときに、前記第1の副弁が第1の方向に移動することを特徴とする装置。

請求項15

請求項14に記載の装置であって、前記第1の副弁が逆止め弁を有し、該逆止め弁は、前記第1の副弁の外表面に沿って第1及び第2のオリフィスを接続する前記第1の副弁の内部の穴に含まれるか、前記第1の副弁の外部に配置されるかの少なくとも一方であり、前記逆止め弁は、前記弁組立品に結合された負荷の負荷圧が最高負荷圧であるときに、油液油が流れることができるようにすることを特徴とする装置。

請求項16

作業用車両で実施される油圧システムであって、複数の付勢可能装置と、それぞれメータリングオリフィスを有し、各付勢可能装置にそれぞれ結合した複数の弁であって、前記各付勢可能装置への油圧油流が、少なくとも部分的には、前記各メータリングオリフィスの各面積と、前記各メータリングオリフィス間の差圧とにより決定されるような弁と、前記各差圧が、付勢可能装置の負荷変動に実質的に応じて変動しないように前記各メータリングオリフィス間の前記差圧を調整するための手段と、前記各弁の一つ以上の前記各メータリングオリフィス間の前記各差圧が減少するように該調整手段をバイアスするための手段とを備えたことを特徴とする装置。

請求項17

請求項16に記載の油圧システムであって、前記バイアス手段を付勢及び非付勢するための手段を更に備えたことを特徴とするシステム

請求項18

異なる付勢装置に異なる油圧油吐出し量を提供する方法であって、各制御可能な面積を有する各メータリングオリフィスをそれぞれ有する複数の制御弁を提供し、前記各メータリングオリフィスと前記各付勢可能装置間に結合される複数の副弁を提供し、第1の副弁群が、これらの副弁に結合された前記各制御弁のメータリングオリフィス間に第1の差圧を生じさせるように、最高負荷圧に関する第1の圧力を前記第1の副弁群に加え、第2の副弁群が、これらの副弁に結合された前記各制御弁のメータリングオリフィス間に第2の差圧を生じさせるように、前記最高負荷圧とばね圧の和に関する第2の圧力を前記第2の副弁群に加えることを特徴とする方法。

請求項19

請求項18に記載の方法であって、更に、前記各制御弁の前記メータリングオリフィスの前記制御可能な面積を調整する操作者の付勢を受け、前記ばね圧を調整し、前記第2の圧力を調整せしめる操作者の付勢を受けることを特徴とする方法。

請求項20

請求項19に記載の方法であって、更に、前記第1の圧力よりもむしろ、前記第2の圧力が、前記第2の群の前記補償弁に加えられるように、追加の弁に状態を変化させる操作者の付勢を受けることを特徴とする方法。

技術分野

0001

本発明は、作業用車両油圧システム係り、特に、油圧システムの制御弁メータリングオリフィス間に存在する差圧を調整するために補償された油圧システムに関する。

背景技術

0002

油圧システムは、流体動力源から多数の負荷流体動力を提供するための多くの環境で用いられている。特に、掘削機ローダバックホー等の種々の作業用車両においては、このような油圧システムが一般的に用いられている。この種の車両においては、油圧システムの作用する負荷には、車両のキャタピラ車輪を駆動する油圧力モータのみならず、アーム上下動、回転させ、バケットを上下動させるシリンダ等の種々の付勢可能な装置が含まれる。種々の付勢可能な装置は単一源(例えば、単一のポンプ)により動力を供給されるのが普通であるが、作業用車両の操作者により独立して制御される独立した制御弁(代表的にはスプール弁)を用いて、異なる装置への流体の流れの割合を独立に制御できるのが一般的である。

0003

付勢可能な装置の動作は、これらの装置に対する油圧油の流れに依存し、そして油圧油の流れは、圧力源と付勢可能な装置との間の制御弁のメータリングオリフィスの断面積と、これらのメータリングオリフィス間の差圧とに依存する。制御を容易にするために、油圧システムはしばしば圧力補償される。すなわち、制御弁のメータリングオリフィス間の差圧を設定し、維持するように設計され、メータリングオリフィス間の差圧ではなく、操作者による弁の制御のみがこれらの弁のメータリングオリフィスの断面積の変化を生じるようになる。このように圧力補償された油圧システムは、通常、各制御弁と各付勢可能な装置との間に配置される補償弁を有している。この補償弁はメータリングオリフィスの下流側の圧力を制御し、メータリングオリフィス間の所望の差圧を生じる。

発明が解決しようとする課題

0004

このような圧力補償油圧システムは、通常、各制御弁間に生じる同一の特定の差圧(例えば、ポンプ余裕圧)を保証する。それにも拘らず、油圧システムの中には、選択された弁間の差圧を小さくして、これらの弁間の油圧油の流れを減少させることが望ましいものもある。例えば、掘削機の場合には、掘削機のアームやバケットの持ち上げ他の動きを制御するシリンダや、掘削機の溝堀装置などのアクセサリに対しては、通常の油圧油の流れを提供することが望ましいかもしれないが、同時に、掘削機のキャタピラの速度を制御する油圧モータに対しては、掘削機が低速で移動するように、遅い油圧液の流れを提供することが望ましいかもしれない。したがって、油圧システムによっては、選択された弁のメータリングオリフィス間の差圧を他の制御弁間の差圧より小さくする必要がある。

0005

異なる制御弁間で異なる差圧を生じさせるために、圧力補償油圧システムの種々の変形が過去に開発された。ある変形では、制御弁に直列に追加のオリフィスを設け、追加のオリフィスが最大の流れを規制するように調整することができ、あるいは、操作者が所望の流れを選択できるように調整可能とすることができる。別の技術では、ばねで操作される補償弁を用いて、計量領域は一定としながら、ばねの負荷を機械的に調整することができる。これらの従来の技術の双方とも、弁のアセンブリ中の既存の弁要素に関しては、実施あるいは設置することが困難である追加的な機械装置を必要とする。後者の技術は、ばねに作用する比較的大きな負荷を処理するためのかなり大きなばねも必要となる。

0006

さらに、これらの補償技術を用いても、各制御弁の差圧が同一となるように、多数の制御弁間の差圧を調整的に制御するのは、困難あるいは不可能である。特に、固定した追加のオリフィスを設けることでは差圧の調整可能な制御はできず、一方、各補償弁に独立した調整ばねを設けることは、異なった制御弁間に生じる差圧を操作者が均一に調整することを困難にする。

0007

多数の制御弁間で差圧を均等になるように調整可能に制御できることの可能性は、それにも拘らず、多くの環境で望ましい。というのは、油圧システムの多数の油圧装置は、操作者が各制御弁を理想的に設定した場合は、正確に等しい量の油圧油の流れを受けることができることがしばしば望ましいからである。例えば、上述した掘削機に関して、掘削機の左右のキャタピラに対応する油圧モータは、掘削機の操作者がこれらのモータの制御弁を同一のレベルに設定した場合には、正確に同一の速度で駆動されることが望ましいであろう。

0008

したがって、圧力補償された油圧システムが、多くの追加的な扱い難い要素を使用せずに、多数の制御弁間で差圧を減少させることができるように、設計できたならば、そのことは好都合であろう。さらに、調整すると各差圧が等しく影響を受ける多数の制御弁間の差圧を調整可能に制御することができるように圧力補償油圧システムを設計できたならば、好都合であろう。この様な修正された圧力補償油圧システムが、望ましくも、多数の制御弁の全てを同時に調整する単一のスイッチ及び/又はダイアルにより、操作者が多数の制御弁間の差圧を調整できるようにすれば、更に好都合であろう。さらに、この様な調整制御可能な圧力補償された油圧システムが、既存の圧力補償油圧システムに較べて、追加的なかなりの数の要素を要求せず、さもなければ相対的に実施のための費用が安いならば、それは好都合であろう。

課題を解決するための手段

0009

本願の発明者達は、源(例えば、ポンプ)からの圧力を、調整可能な制御が望まれる制御弁に結合された特定の補償弁に対して伝達する調整可能な減圧弁を有するように、既存の圧力補償油圧システムを改変できることを理解した。調整可能な減圧弁の対向する付勢口は、それぞれ、これらの特定の補償弁に加えられる圧力と、最高負荷圧と調整可能なばね圧を加えた圧力に結合される。したがって、特定の補償弁に加えられる圧力は、調整可能なばね圧分だけ最高負荷圧を超える。このことにより、これらの補償弁に関する制御弁間の圧力差が減少する。調整可能な減圧弁は、調整可能な制御が望まれる制御弁に結合した各特定の補償弁に連絡しており、単一の調整ばね圧が調整可能減圧弁の動作を決定するので、操作者には、単一の調整ばね圧に対する単一の調整を行なって、調整可能な制御が望まれる各制御弁間の差圧に対して同一の変動を生じさせることだけが要求される。ある実施の形態においては、他の弁が調整可能な減圧弁と、最高負荷圧と、関心のある特定の補償弁との間に結合されている。この様な実施の形態においては、調整可能な減圧弁により生じる差圧を減少させることが、特定の補償弁を、調整可能な減圧弁の出力と、最高負荷圧とに交互に結合することによって、それぞれ、実施又は不実施に切り替えることができる。

0010

特に、本発明は、減少した油圧流出力を複数の付勢装置に提供するための装置に関し、そこにおいて、各付勢可能装置が各油圧流の量を共通のポンプから受け、各付勢可能装置が受けた油圧流の量は、各付勢可能な装置に関連する各負荷圧の差とは実質的に無関係である。この装置は、それぞれ第1の口と第2の口を有する複数の主弁を有する。この装置は、更に、各主弁の各第2の口にそれぞれ結合した複数の副弁を有する。この装置は、更に、第1及び第2の付勢口を有し各副弁の各付勢口と圧力源との間に結合した調整弁を有する。前記第1の付勢口は、前記副弁の各付勢口で第1の圧力示度を受け、前記第2の付勢口は、量により調整される最も高い負荷圧に関する第2の示度を受ける。前記第2の示度が前記第1の示度を超えるときに、前記調整弁が、前記圧力源から前記副弁の前記各付勢口に油圧を供給できるようにする。

0011

本発明は、更に、作業用車両で実施される油圧システムに関する。この油圧システムは、複数の付勢可能装置と、それぞれメータリングオリフィスを有し、各付勢可能装置にそれぞれ結合した複数の弁であって、前記各付勢可能装置への油圧油流が、少なくとも部分的には、前記各メータリングオリフィスの各面積と、前記各メータリングオリフィス間の差圧とにより決定されるような弁とを有する。この油圧システムは、更に、前記各差圧が、付勢可能装置の負荷変動に実質的に応じて変動しないように前記各メータリングオリフィス間の前記差圧を調整するための手段を有する。この油圧システムは、更に、前記各弁の一つ以上の前記各メータリングオリフィス間の前記各差圧が減少するように該調整手段をバイアスするための手段を有する。

0012

本発明は、更に、異なる付勢装置に異なる油圧油吐出し量を提供する方法に関する。この方法は、各制御可能な面積を有する各メータリングオリフィスをそれぞれ有する複数の制御弁を提供し、前記各メータリングオリフィスと前記各付勢可能装置間に結合される複数の副弁を提供し、第1の副弁群が、これらの副弁に結合された前記各制御弁のメータリングオリフィス間に第1の差圧を生じさせるように、最高負荷圧に関する第1の圧力を前記第1の副弁群に加える。この方法は、更に、第2の副弁群が、これらの副弁に結合された前記各制御弁のメータリングオリフィス間に第2の差圧を生じさせるように、前記最高負荷圧とばね圧の和に関する第2の圧力を前記第2の副弁群に加える。

発明を実施するための最良の形態

0013

図1を参照すると、掘削機10の側面図が提供されている。この掘削機10は、油圧で付勢される作業用車両を例示する意味を持つ。このような作業用車両には、例えば、ローダ・バックホー、関節連結作業車、及び種々の他の車両が含まれる。図に示すように、掘削機10は、特に、主車台20と、この主車台20は左右のキャタピラ30(図では右キャタピラのみ示している)上に静止している、車台20の正面50に結合された関節連結アーム40とを有している。本実施の形態の関節連結アーム40は、正面50の遊動軸60を中心として回転可能であり、第1及び第2の油圧ピストン65及び70により上下動できる。アーム40上のバケット75は、第3のピストン80により、外側又は内側揺動できる。

0014

左右のキャタピラ30は、それぞれ(図示しない)油圧モータにより独立に駆動される。掘削機10の運転台85の内部に多数のレバーと他の制御装置90とが設けられ、この掘削機10の操作者は、掘削機10の速度と方向を制御でき、またアーム40の旋回関節接合とを制御できる。本実施の形態においては、掘削機10は全体として油圧により動力を供給される。すなわち、全ての付勢可能な装置(ピストン65、70、80及び2個の油圧モータ)に対して動力を供給する油圧ポンプ動力源が一つだけ存在する。しかし、別の実施の形態においては、掘削機(又は他の作業用車両)は、部分的に油圧により動力を供給され、部分的に他の動力源により動力を供給される。

0015

図2に転じると、掘削機10中に実施される代表的な油圧システム100の構成要素を図式的に示している。特に、図2は、ポンプ120から、第1、第2、第3、第4及び第5の付勢可能な装置130、140、150、160及び170、及びタンク180への液圧の伝達を制御する弁組立品110の構成要素を示す。図示の実施の形態においては、弁組立品110は、第1、第2、第3、第4、第5、第6及び第7の弁部分135、145、155、165、175、185及び195を含む部分的な弁組立品である。第1、第2、第3、第4及び第5の各弁部分135、145、155、165及び175は、制御スプール弁190及び補償弁199をそれぞれ有し、これらにより各弁部分が油圧油の各付勢可能な装置130、140、150、160及び170を制御する。

0016

特に、ポンプ120は、これらの制御スプール弁の第1の入力加工口220で各制御スプール弁190に結合されている。これらの制御スプール弁の対応する出力加工口225は、各中間ライン230により各補償弁199の入力口に結合されている。中間ライン230に加えられる油圧は、各補償弁199の一つの付勢口にも加えられる。各補償弁199の出力口は、追加のライン210により、各制御スプール弁190の第2の入力加工口235にそれぞれ結合されている。各追加のライン210に加わる油圧は、各制御スプール弁が開いているときに各付勢可能な装置130、140、150、160及び170の各油圧負荷圧に対応する。各制御スプール弁190は操作者により制御可能であり、操作者は、制御装置90(図1参照)により弁の位置を調節することにより、弁内のメータリングオリフィスの領域と液流方向とを制御できる。

0017

弁組立品110の第1、第2、第3の弁部分135、145及び155は、従来の後圧補償技術を用いて油圧油の制御された流れを提供する動作をする。この従来の後圧補償技術には、ウィスコシン州ピーウォキー(Pewaukee)のフスコ・インターナシナルインコーポレイテッド(HUSCO International,Inc.)により提供され、ウィルケ(Wilke)に1987年9月15日に発行された米国特許第4,693,272号に開示されたCOMP−CHEK技術等が含まれる。このCOMP−CHEK技術は、ここで参照することにより、ここに組み込まれる。この技術に従って、油圧油のポンプ120から、装置130、140及び150等の付勢可能な装置への流れが、各スプール弁190を通る特定の投入口あるいはメータリングオリフィス領域に対応する、各制御スプール弁190の各位置だけにより決定される。すなわち、第1の3つの付勢可能な装置130、140および150に対する油圧油流は、各制御スプール弁のメータリングオリフィス間の変化する差圧によっては、スプール弁間で変動しない。その理由は、各付勢可能な装置に加わる液圧は装置間で異なるかもしれないが、弁部分135、145及び155の各制御スプール弁190間での差圧は、補償弁199の動作によって同一レベルに維持されるためである。

0018

図に示すように、弁組立品110には、弁部分135、145、155、165及び175の各ライン210の組の間に結合されるシャトル弁205のネットワークが含まれる。各シャトル弁205は、それらに提供される2つの油圧を比較し、2つの圧力の大きい方を出力する。したがって、シャトル弁205のネットワークは、各ライン210に加わる圧力の最大圧力負荷検出ライン215に提供する。この最大圧力は、現在加わっている最大液負荷圧を表す。

0019

特に、第1、第2、第3の弁部分135、145及び155に関しては、中間ライン230に接続された各付勢口に対向する各補償弁199の各付勢口に、負荷検出ライン215が結合されている。各補償弁199の対向する付勢口に印加される対向する圧力の相互作用により、補償弁199は、十分に開口する状態を取る傾向にあり、その結果、各中間ライン230の加えられる油圧は、最大の液負荷圧(あるいは、最大の液負荷圧から、補償弁に加えられるばね力により決定されるある量だけ異なる圧力)に等しくなる。

0020

同一の最大液負荷圧が、第1の3つの弁部分135、145及び155の各補償弁199に印加されるので、(各補償弁199内のどのばね圧も適切に設定されているという仮定の下に)各中間ライン230に同一の圧力が加えられる。中間ライン230中の各圧力は互いに等しいので、第1、第2及び第3の付勢可能な装置130、140及び150における実際の液負荷圧は等しくないとしても、第1の3つの弁部分135、145及び155の各制御スプール弁190の第1の入力加工口及び第1の出力加工口220及び225対のそれぞれの間での差圧は等しい。さらに、その結果、各制御スプール弁190を通る液流の割合は、これらのスプール弁間の差圧に依存せず、各弁のメータリングオリフィスの面積のみに依存し、メータリングオリフィスの面積は操作者の弁の物理位置決定によりそれぞれ決定される。

0021

さらに図2に示すように、本実施の形態においては、負荷検出ライン215は、アンロード弁240の付勢口にも結合され、一方、ポンプ120もその弁の対向する付勢口に結合されている。余裕圧ばね242が負荷検出ライン215と同じ付勢口にも圧力を印加する。アンロード弁240は、ポンプ120に結合された入力口245と、タンク180に結合された出力口250とを有している。したがって、最も高い負荷圧に、ばね242により決定される余裕圧を加えた値よりもポンプ圧が大きいときはいつも、油圧油はポンプ120からタンク180に向かい、その結果、制御スプール弁190に提供されるポンプ圧は、最も高い負荷圧に余裕圧を加えたものよりも決して大きくならない。別の実施の形態においては、可変容量形ポンプ固定ポンプ120とアンロード弁240との代わりに用いることができる。また、図2に示すように、負荷検出ライン215は、更に安全弁255に結合されており、安全弁255は、本実施の形態においては、1平方インチあたり3000ポンドである最大量を最高負荷圧が超えるような環境下で、タンク180への油圧油を放出する。

0022

従来の弁組立品とは対照的に、弁組立品110は、従来の後圧補償を用いて制御される第1、第2及び第3の付勢装置130、140及び150に加えて、多数の付勢可能な装置について調整できる流れ制御を可能にする。図示した実施の形態においては、第4及び第5の付勢可能な装置160及び170は、この調整可能な流れ制御システムを用いて制御できる。特に、図示の如く、第7の弁部分195は、調整可能な減圧弁265と、駆動モード選択弁260とを有し、駆動モード選択弁260は、2つの動作モード間のスイッチとして有効に動作する。

0023

第1の動作モードにおいては、ちょうど、最大の負荷圧が、負荷検出ラインを介して、第1、第2及び第3の弁部分135、145及び155の補償弁199の対応する付勢口に供給されるように、負荷検出ライン215を介して供給される最大の負荷圧は、(3路選択弁であることのできる)駆動モード選択弁260を介して、各弁部分165及び175の各補償弁199の付勢部に結合されている。かくして、この第1の動作モードにおいては、第4及び第5の弁部分165及び175が、第1、第2及び第3の弁部分135、145及び155が後圧補償されるのと同じ方法で、後圧補償される。すなわち、各制御スプール弁190の各第1の出力加工口225を各第4及び第5の弁部分165及び175の各補償弁199に結合する各ライン230が、(補償弁199中のばねにより印加されるすべての圧力により調整されるように)付勢可能な装置130、140、150、160及び170のどれかにより現在印加されている最も高い負荷圧に等しい圧力に保たれる。

0024

しかし、駆動モード選択弁260が、典型的には操作者の入力により、第2の動作モードに切り替えられたときに、第4及び第5の弁部分165及び175の補償弁199の付勢口は、替わりに、駆動モード選択弁260を介して、調整可能な減圧弁265の出力口270に結合される。調整可能な減圧弁265の入力口275は、更にポンプ120に結合される。調整可能な減圧弁265の第1及び第2の付勢口180及び285は、それぞれ出力口270と、負荷検出ライン215とに結合され、更にばね290が、同様に、第2の付勢口に圧力を印加する。したがって、第4、第5の弁部分165及び175の補償弁199の付勢口に印加される圧力は、負荷検出ライン215により供給される最も高い負荷圧よりも、ばね290の設定により決定される量だけ大きく、ばね290の設定量は、操作者がダイアルを回すことにより調整できる。

0025

かくして、第2の動作モードにおいては、ダイアル(又は他の入力)の操作者による設定に応じて、第4、第5の弁部分165及び175の制御スプール弁190の第1の入力加工口220及び第1の出力加工口225間の差圧が、第1、第2及び第3の弁部分135、145及び155のスプール弁の対応する加工口間の差圧より、ばね290で決定される量だけ小さい。第4及び第5の弁部分165、175の制御スプール弁190間の差圧は等しく影響を受ける。その結果、第4及び第5の付勢可能な装置160及び170に供給される液流の量は、第1の動作モードで供給されるであろう液流の量よりも小さい。すなわち、5つの弁部分の全てのスプール弁の全ての同一の位置が与えられれば、第1、第2及び第3の付勢可能な装置130、140及び150より少ない油圧油が、第4及び第5の弁部分に流れる。一つの実施の形態においては、調整可能な減圧弁が、他の比率も可能ではあるが、1:1の面積比で動作する。

0026

最小(0)の流れ設定をするためには、ばね290と、調整可能な減圧弁265とは、余裕圧に打ち勝つための十分な力を持たなければならない。かくして、流入路圧を補償弁199に送る十分に開いた位置に減圧弁265が留まる。このことが生じる場合には、各補償弁のバイアスばねが補償弁を閉まった位置に押しやった状態で、補償弁199の両側の圧力は等しくなり、その結果、最小の流れ(0)に調整される。

0027

別の実施の形態においては、駆動モード選択弁260を取り除くことが可能であり、その結果、調整可能な減圧弁の出力口270は、弁部分165及び175の補償弁199に直接結合され、一つの動作モードだけが可能に成る。更に別の実施の形態においては、ばね290の最小の負荷を、余裕圧力の与えられたパーセンテージ(例えば50%)で出力圧力が固定されるようにすることが可能であろう。このことにより、影響を受けた機能に、2つの速度の動作—第1のモード(通常のCOMP−CHEK)での全速度と第2のモードでの50%速度—が与えられる。

0028

図2の油圧システム100は、図1の掘削機10等の機械を含む種々の機械又は他のシステム中に実施できる種々の油圧システムを代表するように意味付けられている。本実施の形態に応じて、従来の後圧補償技術を用いる(第1、第2及び第3の弁部分135、145及び155等の)弁部分の数は、図示した3個の弁から変えることができる。また、調整可能な流れ制御を提供できる第4及び第5の弁部分165及び175等の弁部分の数も、図示された数から、対応するスプール弁と補償弁とを備えた2より大きいか2より小さい数の弁部分に変えることができる。

0029

図2の実施の形態においては、弁組立品110は、多くの弁部分135、145、155、165、175、185及び195を備えた区画された弁組立品であり、弁部分135、145、155、165、175、185及び195は、異なった弁組立品を形成するために互いに組み立てたり除去したりできる個別の構成要素である。それにも拘らず、本発明は、(例えば、全ての弁の構成要素が単一の鋳物として製造されるような)単一のブロックの構成の弁組立品にも適用可能である。また、使用される弁の型は、実施の形態により異なる。すなわち、制御スプール弁190は、別の実施の形態においては、スプール弁以外の型の弁であってよいし、補償弁199は、スプール弁や他の型の弁であってよい。

0030

本発明により提供される調整可能な流れ制御は、多数の付勢可能な装置に対する、すなわち、これらの装置の中でさえ、油圧油流の調整可能な流れ制御を可能にする。かくして、弁組立品110により、(例えば、第1、第2及び第3の装置130、140及び150等の)ある付勢可能な装置に、第1、第2及び第3の弁部分135、145及び155の各制御スプール弁190間の第1の液差圧により決定される割合で油圧油を提供することができ、また、同時に、(例えば、第4及び第5の付勢可能な装置160及び170等の)他のある付勢可能な装置に、これらの(例えば、第4及び第5の弁部分165及び175等の)弁部分の各スプール弁190間の第2の差圧により決定される油圧油流を供給できる。各スプール弁190間の第2の差圧は、調整可能な減圧弁265の特定の設定により決定できる。かくして、弁組立品110により、通常の油圧油流を種々の付勢可能な装置に供給しながら、第2の群の付勢可能な装置により少ない量の液流を提供できる。

0031

このことは種々の環境下で有用である。例えば、掘削機10に関しては、第1、第2及び第3の付勢可能な装置130、140及び150がピストン65、70及び80(または、掘削機10に取り付けられた溝掘機補助油圧機構あるいは傾斜機構等の他の付勢可能な装置)に対応することができ、第1及び第5の付勢可能な装置160及び170が、それぞれ、掘削機10の左右のキャタピラ30を移動させるのに用いる油圧モータに対応することができる。調整可能な流れ制御である故に、減少した流れを受け取るであろう掘削機のキャタピラを除いて、油圧で付勢される全ての装置について、操作者が、通常の油圧油流の制御を維持できるであろう。このことは、他の全ての動作が正常に動作している場合であっても、掘削機10がより遅い速度で移動することが望ましいような環境下において有用であり得る。調整可能な減圧弁265の設定により決定された調整可能な流れ制御は、第4及び第5の弁部分165及び175のそれぞれの制御スプール弁190の動作に等しく影響を及ぼすので、調整可能な流れ制御を用いることは、(各弁部分165及び175のスプール弁190の各位置を制御する各レバーは等しい位置にあるとの仮定の下に)車両の左右の各キャタピラの速度の変化を等しくさせるであろう。

0032

ここで図3を参照すると、別の弁組立品310を用いる別の油圧システム300が示され、この油圧システム300は本発明の別の実施の形態を採用している。図2に実施の形態におけるのと同様に、弁組立品310は、第1、第2、第3、第4及び第5の付勢可能な装置330、340、350、360及び370を備え、これらの第1〜第5の付勢可能な装置330〜370は、油圧ピストン、油圧シリンダ、油圧モータ、あるいは種々の他の油圧により付勢可能な装置であり得る。弁組立品310は、また、第6の弁部分385を有する。この第6の弁部分385は、以下に更に論じる。図3は、多数の分離された弁部分335〜385により構成される弁組立品310を示しているが、別の実施の形態においては、弁組立品は単一ブロックの形状を取り得る。

0033

第1、第2、第3、第4及び第5の弁部分335、345、355、365及び375は、特に、ポンプ320から第1、第2、第3、第4及び第5の付勢可能な装置330、340、350、360及び370への油液の流れ、リザーバ即ちタンク380への油液の戻りを制御する。ポンプ320の出力は圧力リリーフ弁315により保護される。ポンプ320は、代表的には、弁組立品310から離れて配置され、供給導管あるいはホース325により、弁組立品310を貫いて延びる供給油路381に接続されている(このことは、図2の弁組立品110についても当て嵌まる)。本実施の形態のポンプ320は、負荷検出口390での圧力と一定圧力即ち余裕との和であるように設計された出力圧を有する可変容量型ポンプである。負荷検出口390は負荷検出油路395に接続され、負荷検出油路395は弁組立品310の部分335〜385を通って延びている。リザーバ油路400が、弁組立品310を通って延び、タンク380に結合されている。弁組立品310の第6の弁部分385は、供給油路381をポンプ320に、リザーバ油路400をタンク380に、負荷検出通路395をポンプ320の負荷検出口390に接続する口を有している。第6の弁部分385も、負荷検出油路395の過剰な圧力をタンク380に放圧する圧力リリーフ弁405を有する。オリフィス410は、負荷検出油路395とタンク380との間の流路をも提供する。

0034

第1、第2及び第3の弁部分335、345及び355は、図2に関して上述した後圧力補償とは異なる第2の型の圧力補償機構に従って動作する。一実施の形態において、この第2の型の圧力補償機構は、ウィスコンシン州ピーウォーキーのフスコ・インターナショナル・インコーポレイテッドにより製造され、ウィルケに1999年4月6日に発行された米国特許第5,890,362号にその属性が開示されたISO−COMP圧補償機構であり、このISO−COMP圧力補償機構は、ここで参照することにより、ここに組み込まれる。

0035

更に図3を参照すると、第1、第2及び第3の弁部分335、345及び355には、各制御スプール弁420、各補償スプール弁425及び各追加的弁要素430が含まれる。図2の実施の形態と同様に、ポンプ320からの油圧油は、供給油路381を通って、弁部分335、345及び355の各制御スプール弁420の各第1の入力加工口440に供給される。各制御スプール弁420の位置に応じて、各第1の入力加工口440に供給された油は、制御スプール弁内のメータリングオリフィスを介して、各制御スプール弁の各第1の出力加工口445に伝達される。各制御スプール弁420の第1の出力加工口445は、各補償スプール弁425を通って各補償スプール弁425の各第2の入力加工口455に結合されている。油圧油が第1の出力加工口445と第2の入力加工口455の間で伝達されるか否かは、補償スプール弁425と追加弁要素430との位置による。追加弁要素430は次のように動作する。

0036

図2の第1の弁組立品110について論じたように、付勢可能な装置330、340および350の一又は別の装置への過度の油圧油流を避けるために、各制御スプール弁420の各第1入力加工口440及び第1出力加工口445の間の弁部分335、345及び355の各制御スプール弁420間の同一の差圧を維持することが望ましい。図3の弁組立品310においては、このことは、各弁部分335、345及び355の補償スプール弁425及び追加弁要素430の各組の相互作用により達成される。各弁部分335、345及び355の各補償スプール弁425と追加弁要素430とは、各ばね460と各負荷圧465とにより互いに離れる方向に押される。さらに、各補償スプール弁425は、各制御スプール弁420の各第1の出力加工口445に存在する油圧油により各追加弁要素430の方向に押され、各追加弁要素430は、ポンプ320の負荷検出口390に存在する圧力により各補償スプール弁425の方向に押される。

0037

補償スプール弁425と追加弁要素430とのこの構成が与えられると、第1、第2及び第3の弁部分335、345及び355の各制御スプール弁420間で、等しい圧力降下が次のように維持される。各追加弁要素430は、それに加えられた各負荷圧465が負荷検出油路395中の圧力より大きいときは常に、圧力を負荷検出油路395に伝達するために開かれ、ポンプ320により供給されるポンプ圧は、負荷検出油路395の圧力の変化に応答して変化するので、負荷検出油路395の圧力は、(以下に論じるように、第4及び第5の付勢可能装置360及び370に関連する負荷圧を含む)負荷圧465の最も高い圧力に等しくなる傾向がある。さらに、各補償スプール弁425は、各ばね460と各油圧負荷圧465の双方により付勢されるので、各制御スプール弁420の各第1の出力加工口445において維持される圧力が、同様に最高の負荷圧に等しくなる傾向がある。かくして、弁部分335の各制御スプール弁の第1の入力加工口440と第1の出力加工口445との間の差圧が同じである。

0038

更に図3を参照するに、弁組立品310は、第4、第5の弁部分365及び375の第4及び第5の付勢可能装置360及び370に供給される油圧油についての調整可能な流れ制御を可能とする。第1、第2及び第3の弁部分335、345及び355におけると同様に、第4及び第5の各弁部分365及び375は、各補償スプール弁425と、各第1及び第2の入力加工口440及び455と各第1の出力加工口445とを有する各制御スプール弁420とを用いている。調整可能な流れ制御を提供するために、弁部分365及び375は、追加弁要素430に代えて別の構成要素を用いている。特に、各逆止め弁470が、負荷検出油路395と各制御スプール弁420の各第2の入力加工口455の間に結合され、その結果、第4及び第5の付勢可能装置360及び370に関する負荷圧が、全ての付勢可能装置330、340、350、360及び370により加えられる最も高い負荷圧である場合に、第4及び第5の付勢可能装置360及び870に関する負荷圧は負荷検出油路395に加えられる。

0039

さらに、調整可能な減圧弁475が、第4及び第5の弁部分365及び375の各補償スプール弁425の供給油路381と付勢口480との間に結合されている。付勢口480は、第1の出力加工口445に結合した補償スプール弁425に対抗する他の付勢口である。調整可能な減圧弁475は、第1及び第2の付勢口490及び495に加えられる圧力に応じて動作する。第1及び第2の付勢口490及び495は、負荷検出油路395及び双方の補償スプール弁425の付勢口480にそれぞれ結合している。さらに、調整可能なばね485により圧力が第1の付勢口490に加えられる。調整可能な減圧弁475の存在により、付勢口480に加えられ、その結果、第4及び第5の弁部分365及び375の各制御スプール弁420の各第1出力加工口445に加えられる圧力は、最も高い負荷圧にばね圧を加えた圧力に等しい。かくして、各弁部分335、345、355、365及び375の各制御スプール弁420に対して同一の設定がなされたという仮定の下に、第4及び第5の各付勢可能装置360及び370に供給される油圧流は等しく、第1、第2及び第3の付勢可能装置330、340及び350に供給される油圧流より少ない。他の実施の形態においては、調整可能な減圧弁475は、多数のモードの動作を可能にするために、駆動モード選択弁260に類似した他の弁に結合できるであろう。

0040

図4を参照するに、図3の第4及び第5の各弁部分365及び375に用いられ得る弁構成要素500の断面図が提供されている。弁構成要素500は、特に、第4の弁部分365に関して、制御スプール弁420、補償スプール弁425及び逆止め弁470を示し、さらに、図式的な形態で、弁構成要素500が、調整可能な減圧弁475と第4の付勢可能装置360とにどのように結合されるかを示している。図に示す如く、弁構成要素500は、本体540と、機械の操作者が、本体540に取り付けられた(図示しない)制御部材を操作することにより、本体540中の内腔内で相反方向に移動させることのできる制御スプール542とを有している。どの方向に制御スプール542が移動させられたかにより、油圧油が、第1の導管510又は第2の導管520のいずれかを通って、付勢可能装置360の方向に向けられる。

0041

第1の導管510を通って油圧油を付勢可能装置360の方向に向けるためには、機械操作者は制御スプール542を図4に示された位置で右方向に移動させる。このことにより、ポンプ320が本体540の供給油路381を通って油圧油を押込むことができるようにする油路が開かれる。供給油路381から、制御スプール542の一組の切り欠き544により形成されるメータリングオリフィスと、供給油路543と、補償スプール548と本体540の開口との相対位置により形成される可変オリフィス546(図3も参照)とを介して、ブリッジ油路550に油圧油が通過する。

0042

補償スプール弁425が開いた状態では、油圧油は、ブリッジ油路550、制御スプール542の流路553を通り、加工口554の外部へ、そして第1の導管510を通って外に移動する。付勢可能装置360から第2の導管520を通って戻ってくる油圧油は、別の弁組立品加工口556に流入し、加工口558を通り、油路559を通って制御スプール542中へ流入し、タンク380に結合されたリザーバ油路400中に流入する。第2の導管520を通って付勢可能装置360方向に油圧油を向けるために、機械操作者は制御スプール542を左方向に移動させ、多少異なる油路の組を明ける。

0043

図4は、さらに、逆止め弁470と、補償スプール548とこの補償スプール548の周囲を取り巻いている内腔560の表面とにより形成される補償スプール弁425を逆止め弁470がどのように結合作動させるかを示している。特に、逆止め弁470は、従来の弁座上の球であり、球570が、補償スプール548の内腔564内に静止している。球570上に油路572があり、油路572は内腔564を越えて補償スプール549の外周方向に突出し、この油路572に沿って、(図示しない)負荷検出油路395に結合された溝574が存在する。球570の下には、ブリッジ油路550に導く流路576が存在し、このブリッジ油路550は制御スプール弁420(特に、図3に示すように、第2の入力口455)に戻り、付勢装置360に関する付加圧運ぶ。他の実施の形態においては、逆止め弁は、補償スプール弁425に関して外側に置かれるように加工することができる。

0044

さらに、図4は、調整可能な減圧弁475が、供給油路381から補償スプール548の上の空洞578にポンプ圧を向けることができることを図式的に示している。特に、弁475は、ばね485と負荷検出油路395により第1の付勢口490に加えられた圧力の和が空洞578内の圧力より大きいときに開く。空洞578内の圧力は第2の付勢口495に加えられる。図に示すように、空洞578は、補償スプール548の上端に沿った内腔564の上端に嵌合した栓580により油路572から分離されている。かくして、逆止め弁470の動作は、空洞578及び供給油路543を通って補償スプール548に加えられる圧力と異なる。

0045

上述した明細は、本発明の好ましい実施の形態を説明し記述しているが、本発明はここに開示された厳密な構成に限定されないと解すべきである。本発明は、その精神又は必須の属性に反することなく他の特定の形態で実施することができる。例えば、スプール弁を示したが、本発明は種々の他の型の弁を用いて実施することができる。また、例えば、弁の付勢口に提供される圧力情報は、変換器により検出された圧力情報を伝達する電気信号を介して提供できよう。また、これらの信号により付勢される種々の弁は電気的に付勢される弁であることもできよう。さらに、例えば、ここに開示された新しい圧力補償技術及びシステムは、作業用車両の他に別の油圧付勢車両にも適用可能であり、車両に実施されたもの以外の油圧システムにも適用可能である。したがって、上述の明細よりも、むしろ本発明の範囲を示すものとして、特許請求の範囲を参照すべきである。

図面の簡単な説明

0046

図1は、掘削機の側面図であり、種々の油圧により付勢される作業用車両の典型として意図されている。
図2は、多くの付勢可能な装置への油圧油の流れを制御する典型的な油圧システムを示す概略図であり、この油圧システムは圧力補償を採用し、付加的に、1以上の付勢可能な装置に関して調整可能な流れ制御ができるようにするための部品を有している。
図3は、多くの付勢可能な装置への油圧油の流れを制御する別の典型的な油圧システムを示す概略図であり、この油圧システムは分離した圧力補償を採用し、付加的に、1以上の付勢可能な装置に関して調整可能な流れ制御ができるようにするための部品を有している。
図4は、代表的な弁部品と、ある実施の形態で、図3の油圧システム内に用いることのできる追加部品を示す、断面図と概略図の混合した図である。

符号の説明

0047

65、75油圧ピストン
100、300油圧システム
110、310弁組立品
120、320ポンプ
130、140、150、160、170、330、340、350、360、370付勢可能装置
135、145、155、165、175、185、195、335、345、355、365、375、385弁部分
180、380タンク
285、480、490、495付勢口
190、420制御スプール弁
199補償弁
205シャトル弁
210 追加ライン
215負荷検出ライン
220、235、440、455 入力加工口
225、445出力加工口
230中間ライン
240アンロード弁
242余裕圧ばね
245、275、455入力口
250、270出力口
255安全弁
290、460、485 ばね
260 駆動モード選択弁
265減圧弁
315、405圧力リリーフ弁
381、543供給油路
390負荷検出口
395 負荷検出油路
400リザーバ油路
410オリフィス
425補償スプール弁
430 追加弁要素
465油圧負荷圧
470逆止め弁
475 調整可能な減圧弁
500弁構成要素
546可変オリフィス
550ブリッジ油路
554、556、558 加工口
559、572 油路
578 空洞

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