特許 7402085 作業機械の油圧システム、作業機械および油圧システムの制御方法

(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】

(24)【登録日】2023-12-12

(45)【発行日】2023-12-20

(54)【発明の名称】作業機械の油圧システム、作業機械および油圧システムの制御方法

(51)【国際特許分類】

   E02F 9/22 20060101AFI20231213BHJP

   F15B 11/08 20060101ALI20231213BHJP

   F15B 11/028 20060101ALI20231213BHJP

【ＦＩ】

E02F9/22 K

F15B11/08 B

F15B11/028 G

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2020044981

(22)【出願日】2020-03-16

(65)【公開番号】P2021147756

(43)【公開日】2021-09-27

【審査請求日】2023-02-16

(73)【特許権者】

【識別番号】000001236

【氏名又は名称】株式会社小松製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】二宮 清孝

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 広治

(72)【発明者】

【氏名】東浦 拓也

(72)【発明者】

【氏名】福田 雄二

(72)【発明者】

【氏名】小山 晃弘

【審査官】高橋 雅明

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－１２０３９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－００２７３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－００２７３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－０７４２９６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０２Ｆ ９／２２

Ｆ１５Ｂ １１／０８

Ｆ１５Ｂ １１／０２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

油を供給されることにより伸長位置と縮退位置との間で駆動するカプラシリンダと、
前記伸長位置と前記縮退位置との間で駆動させるために前記カプラシリンダに油を供給する油圧ポンプと、
前記カプラシリンダへの油の供給を制御するバルブと、
前記バルブの駆動を制御するコントローラと、を備え、
前記コントローラは、前記油圧ポンプと前記バルブとの間の油路における圧力に基づいて前記カプラシリンダへの油の供給停止を前記バルブに指令する、作業機械の油圧システム。

【請求項2】

前記カプラシリンダが前記伸長位置および前記縮退位置の各々で固定されている状態において前記カプラシリンダには所定値以上の圧力の油が供給される、請求項１に記載の作業機械の油圧システム。

【請求項3】

前記コントローラは、前記カプラシリンダへの油の供給指令に基づいて前記カプラシリンダへの油の供給開始を前記バルブに指令する、請求項１または請求項２に記載の作業機械の油圧システム。

【請求項4】

油の前記供給指令は、オルタネートスイッチの操作に基づく、請求項３に記載の作業機械の油圧システム。

【請求項5】

前記コントローラは、前記油圧ポンプと前記カプラシリンダとの間の前記油路における圧力が所定圧力に到達した時点で前記カプラシリンダへの油の供給を停止し、
前記所定圧力はパイロット圧より大きく設定される、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の作業機械の油圧システム。

【請求項6】

前記カプラシリンダの前記伸長位置と前記縮退位置とを切り換える切替バルブをさらに備える、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の作業機械の油圧システム。

【請求項7】

前記油圧ポンプと前記カプラシリンダとの間の前記油路における圧力を検知する圧力センサをさらに備える、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の作業機械の油圧システム。

【請求項8】

機械本体と、
前記機械本体に対してロック状態とアンロック状態とを切り換えられるアタッチメントと、
油を供給されることにより前記アタッチメントの前記ロック状態と前記アンロック状態との間で駆動するカプラシリンダと、
前記カプラシリンダに油を供給する油圧ポンプと、
前記カプラシリンダへの油の供給を制御するバルブと、
前記バルブの駆動を制御するコントローラと、を備え、
前記コントローラは、前記油圧ポンプと前記バルブとの間の油路における圧力に基づいて前記カプラシリンダへの油の供給停止を前記バルブに指令する、作業機械。

【請求項9】

油を供給されることにより伸長位置と縮退位置との間で駆動するカプラシリンダと、前記伸長位置と前記縮退位置との間で駆動させるために前記カプラシリンダに油を供給する油圧ポンプと、前記カプラシリンダへの油の供給を制御するバルブと、を有する作業機械における油圧システムの制御方法であって、
前記油圧ポンプと前記バルブとの間の油路における圧力を検知するステップと、
検知された前記圧力に基づいて前記カプラシリンダへの油の供給停止信号を前記バルブに出力するステップと、を備えた、油圧システムの制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、作業機械の油圧システム、作業機械および油圧システムの制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、各種アタッチメントを着脱可能なクイックカプラを作業機の先端に設けた作業機械が知られている。クイックカプラはクイックカプラシリンダを有する。クイックカプラシリンダは、作動油の供給によって伸縮することによりアタッチメントをロックまたはアンロックする。

【0003】

ここで、特開２０１２－２０３４号公報（特許文献１参照）では、アタッチメントをロックするためにオペレータがスイッチ操作した際、スイッチ操作から所定時間経過後にクイックカプラシリンダへの作動油の供給を終了させる手法が開示されている。この手法によれば、油圧ポンプを効率的に駆動させることによって、燃費を向上できるとされている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１２－２０３４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら特許文献１に記載の手法では、時間管理により作動油の供給が終了されている。このため、クイックカプラ切替回路に異常があった場合、アタッチメントがロックされていないにもかかわらず所定時間が経過したことによりロックされたと誤認識するおそれがある。この場合、アタッチメントの脱落などが発生する。

【0006】

本開示の目的は、燃費が良好で、ロック状態の誤認識を抑制可能な作業機械の油圧システム、作業機械および油圧システムの制御方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の作業機械の油圧システムは、カプラシリンダと、油圧ポンプと、バルブと、コントローラとを備える。カプラシリンダは、油を供給されることにより伸長位置と縮退位置との間で駆動する。油圧ポンプは、伸長位置と縮退位置との間で駆動させるためにカプラシリンダに油を供給する。バルブは、カプラシリンダへの油の供給を制御する。コントローラは、バルブの駆動を制御する。コントローラは、油圧ポンプとカプラシリンダとの間の油路における圧力に基づいてカプラシリンダへの油の供給停止をバルブに指令する。

【0008】

本開示の作業機械は、機械本体と、アタッチメントと、カプラシリンダと、油圧ポンプと、バルブと、コントローラとを備える。アタッチメントは、機械本体に対してロック状態とアンロック状態とを切り換えられる。カプラシリンダは、油を供給されることによりアタッチメントのロック状態とアンロック状態との間で駆動する。油圧ポンプは、カプラシリンダに油を供給する。バルブは、カプラシリンダへの油の供給を制御する。コントローラは、バルブの駆動を制御する。コントローラは、油圧ポンプとカプラシリンダとの間の油路における圧力に基づいてカプラシリンダへの油の供給停止をバルブに指令する。

【0009】

本開示の油圧システムの制御方法は、カプラシリンダと、油圧ポンプと、バルブとを有する作業機械における油圧システムの制御方法である。カプラシリンダは、油を供給されることにより伸長位置と縮退位置との間で駆動する。油圧ポンプは、伸長位置と縮退位置との間で駆動させるためにカプラシリンダに油を供給する。バルブは、カプラシリンダへの油の供給を制御する。油圧システムの制御方法は以下のステップを有する。

【0010】

油圧ポンプとカプラシリンダとの間の油路における圧力が検知される。検知された圧力に基づいてカプラシリンダへの油の供給停止信号がバルブに出力される。

【発明の効果】

【0011】

本開示によれば、燃費が良好で、ロック状態の誤認識を抑制可能な作業機械の油圧システム、作業機械および油圧システムの制御方法を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本開示の一実施の形態における作業機械の例としてホイールローダの構成を示す側面図である。

【図2】作業機械においてカプラシリンダがアンロック状態（Ａ）とロック状態（Ｂ）との間で駆動する様子を示す、図１のＩＩ－ＩＩ線に沿う断面図である。

【図3】図１の作業機械に用いられる油圧システムにおいてカプラシリンダのロック状態を示す図である。

【図4】図１の作業機械に用いられる油圧システムにおいてカプラシリンダのアンロック状態を示す図である。

【図5】図１の作業機械に用いられるコントローラの機能ブロックを示す図である。

【図6】図１の作業機械に用いられる油圧システムの制御方法の一例を示すフロー図である。

【図7】アンロック状態からロック状態へ切り替えたときの切替スイッチ（Ａ）、カプラ切替バルブ（Ｂ）、電磁切替バルブ（Ｃ）および圧力センサ（Ｄ）の制御チャートを示す図である。

【図8】油圧システムの変形例におけるカプラシリンダのロック状態を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、明細書および図面において、同一の構成要素または対応する構成要素には、同一の符号を付し、重複する説明を繰り返さない。また、図面では、説明の便宜上、構成を省略または簡略化している場合もある。また、実施の形態と変形例との少なくとも一部は、互いに任意に組み合わされてもよい。

【0014】

＜ホイールローダ１の構成＞
一実施の形態における作業機械の一例としてホイールローダの構成について図１を用いて説明する。なお本実施の形態における作業機械はホイールローダに限定されるものではない。本実施の形態の作業機械は、クイックカプラを搭載している作業機械であればよく、油圧ショベル、ブルドーザ、モータグレーダなどであってもよい。

【0015】

図１は、本開示の一実施の形態における作業機械（ホイールローダ）の構成を示す側面図である。ホイールローダ１は、車体フレーム２、作業機３、走行装置４およびキャブ５を有する。

【0016】

車体フレーム２は、前フレーム１１と、後フレーム１２とを有する。前フレーム１１には、作業機３が取り付けられる。後フレーム１２には、図示しないエンジンなどが搭載される。

【0017】

前フレーム１１と後フレーム１２とには、ステアリングシリンダ１３が取り付けられている。ステアリングシリンダ１３は、作動油の供給によって伸縮する油圧シリンダである。ステアリングシリンダ１３の伸縮によって、前フレーム１１および後フレーム１２は互いに左右方向に揺動可能である。

【0018】

走行装置４は、前走行輪４ａと後走行輪４ｂを有する。前走行輪４ａおよび後走行輪４ｂの各々が回転駆動されることによってホイールローダ１が自走する。キャブ５は、車体フレーム２上に載置される。キャブ５は、作業機３の後方に配置される。キャブ５内には、オペレータが着座するシートや操作装置などが配置される。

【0019】

作業機３は、前フレーム１１の前方に取り付けられる。作業機３は、バケット６と、クイックカプラ７と、ブーム１４と、ベルクランク１６と、チルトロッド１７、ブームシリンダ１８と、バケットシリンダ１９とを有する。

【0020】

なおバケット６はアタッチメントの一態様である。アタッチメントは、バケット６に限定されず、フォーク、ブレーカなどの別の態様であってもよい。

【0021】

ブーム１４の基端部は、前フレーム１１に回転自在に取付けられる。バケット６は、ブーム１４の先端にクイックカプラ７を介在して回転自在に取付けられる。

【0022】

ブームシリンダ１８はブーム１４を駆動する。ブームシリンダ１８の一端は、前フレーム１１に回転可能に取り付けられる。ブームシリンダ１８の他端は、ブーム１４に回転可能に取り付けられる。

【0023】

ブームシリンダ１８はたとえば油圧シリンダである。ブームシリンダ１８は、メインポンプ２３（図３、４）からの作動油によって伸縮する。これによりブーム１４が駆動し、ブーム１４の先端に取り付けられたバケット６が昇降する。

【0024】

ベルクランク１６の一方端部はバケットシリンダ１９を介在して前フレーム１１に接続される。ベルクランク１６の他方端部はチルトロッド１７を介在してクイックカプラ７に接続される。クイックカプラ７は、バケット６とともにブーム１４に対して回転可能である。

【0025】

バケットシリンダ１９の一端は前フレーム１１に回転可能に取り付けられる。バケットシリンダ１９の他端はベルクランク１６に回転可能に取り付けられる。バケットシリンダ１９はたとえば油圧シリンダである。バケットシリンダ１９は、メインポンプ２３（図３、４）からの作動油によって伸縮する。これによりバケット６が駆動し、バケット６がブーム１４に対して上下に回動する。

【0026】

クイックカプラ７は、フレーム７ａと、連結ピン７ｃとを有する。フレーム７ａは、貫通孔７ｂを有している。貫通孔７ｂは、フレーム７ａを左右方向に貫通している。連結ピン７ｃは、フレーム７ａに固定され、かつ左右方向に延びている。

【0027】

クイックカプラ７は、カプラシリンダ（図示せず）を有する。カプラシリンダは、油の供給によって伸縮する油圧シリンダである。カプラシリンダのピストンロッドの先端には固定ピン２２が取り付けられている。

【0028】

バケット６は、後端にブラケット６ａを有している。ブラケット６ａは、貫通孔６ｂを有している。貫通孔６ｂは、ブラケット６ａを左右方向に貫通している。ブラケット６ａの上端にはフック６ｃが設けられている。

【0029】

バケット６がクイックカプラ７に装着される際には、まずバケット６のフック６ｃがクイックカプラ７の連結ピン７ｃに引っ掛けられる。この後、バケット６の貫通孔６ｂとクイックカプラ７の貫通孔７ｂとの双方に、カプラシリンダに取り付けられた固定ピン２２が挿入される。

【0030】

＜カプラシリンダ２１のアンロック状態とロック状態＞
次に、カプラシリンダ２１のアンロック状態とロック状態とについて図２を用いて説明する。

【0031】

図２は、作業機械においてカプラシリンダがアンロック状態（Ａ）とロック状態（Ｂ）との間で駆動する様子を示す、図１のＩＩ－ＩＩ線に沿う断面図である。

【0032】

図２（Ａ）に示されるように、クイックカプラ７は、カプラシリンダ２１を有する。カプラシリンダ２１は、シリンダチューブ２１ａと、ピストン２１ｂと、ピストンロッド２１ｃとを有する。

【0033】

シリンダチューブ２１ａは円筒形状を有する。ピストン２１ｂはシリンダチューブ２１ａの内部に摺動可能に配置される。ピストンロッド２１ｃは、一方端においてピストン２１ｂに接続され、他方端においてシリンダチューブ２１ａの外部に突き出す。シリンダチューブ２１ａの外部に突き出したピストンロッド２１ｃの他方端には固定ピン２２が接続される。

【0034】

シリンダチューブ２１ａの内部であってピストン２１ｂのヘッド側２１Ｈとボトム側２１Ｂとの各々に、油を供給・排出可能である。ピストン２１ｂのヘッド側２１Ｈとは、ピストン２１ｂに対するピストンロッド２１ｃ側を意味する。またピストン２１ｂのボトム側２１Ｂとは、ピストン２１ｂに対するヘッド側２１Ｈとは逆側を意味する。

【0035】

クイックカプラ７のフレーム７ａに設けられた貫通孔７ｂは、カプラシリンダ２１の伸縮方向の延長線上に位置する。貫通孔７ｂは、固定ピン２２を挿入可能な寸法を有する。またバケット６のブラケット６ａに設けられた貫通孔６ｂも、固定ピン２２を挿入可能な寸法を有する。

【0036】

バケット６がクイックカプラ７に装着される際には、まずバケット６のフック６ｃがクイックカプラ７の連結ピン７ｃに引っ掛けられる。この後、バケット６の貫通孔６ｂが、カプラシリンダ２１の伸縮方向の延長線上に位置づけられる。この状態では、まだバケット６はクイックカプラ７にロックされておらず、アンロック状態である。

【0037】

このアンロック状態から、カプラシリンダ２１のボトム側２１Ｂに作動油が供給される。これによりピストン２１ｂがヘッド側２１Ｈに移動する。このピストン２１ｂの移動に伴って固定ピン２２も移動する。

【0038】

図２（Ｂ）に示されるように、固定ピン２２の上記の移動により、固定ピン２２が貫通孔６ｂと貫通孔７ｂとの双方に挿入される。これによりバケット６はクイックカプラ７にロックされて、ロック状態となる。

【0039】

本実施の形態においてロック状態は、カプラシリンダ２１が伸長位置に固定された状態であって、シリンダ圧力（ボトム側２１Ｂの圧力）が所定値以上の圧力（たとえばパイロット圧以上の圧力）である状態をいう。また本実施の形態においてアンロック状態は、カプラシリンダ２１が縮退した状態であって、シリンダ圧力（ヘッド側２１Ｈの圧力）が所定値以上の圧力（たとえばパイロット圧以上の圧力）である状態をいう。パイロット圧については後述する。

【0040】

なおカプラシリンダ２１が縮退位置に固定された状態であって、シリンダ圧力（ヘッド側２１Ｈの圧力）が所定値以上の圧力（たとえばパイロット圧以上の圧力）である状態がロック状態となるように設定されてもよい。またカプラシリンダ２１が伸長位置に固定された状態であって、シリンダ圧力（ボトム側２１Ｂの圧力）が所定値以上の圧力（たとえばパイロット圧以上の圧力）である状態がアンロック状態に設定されてもよい。

【0041】

バケット６がロック状態からアンロック状態へ移行する際には、カプラシリンダ２１のヘッド側２１Ｈに作動油が供給される。これによりピストン２１ｂがボトム側２１Ｂに移動する。このピストン２１ｂの移動に伴って固定ピン２２も移動する。

【0042】

図２（Ａ）に示されるように、固定ピン２２の上記の移動により、固定ピン２２が貫通孔６ｂと貫通孔７ｂとの双方から抜かれる。これによりクイックカプラ７に対するバケット６のロック状態が解除されて、バケット６はアンロック状態となる。

【0043】

＜油圧システム２０＞
次に、カプラシリンダ２１を駆動制御する油圧システム２０について図３および図４を用いて説明する。

【0044】

図３および図４のそれぞれは、図１の作業機械に用いられる油圧システムにおいてカプラシリンダのロック状態およびアンロック状態を示す図である。

【0045】

図３に示されるように、油圧システム２０は、カプラシリンダ２１と、メインポンプ２３と、昇圧バルブ２５と、減圧バルブ２６と、カプラ切替バルブ２７と、切替スイッチ２８と、ポンプ２９ａと、シャトルバルブ２９ｂと、コントローラ３０と、圧力センサ４１とを有する。

【0046】

カプラシリンダ２１は、ロック方向Ｐ１およびアンロック方向Ｐ２のいずれかに駆動する。ロック方向Ｐ１とは、クイックカプラ７にバケット６をロックするための駆動方向である。アンロック方向Ｐ２とは、クイックカプラ７からバケット６をアンロックするための駆動方向である。

【0047】

本実施の形態では、カプラシリンダ２１が伸張するとバケット６がロックされ、カプラシリンダ２１が収縮するとバケット６がアンロックされるように構成される。ただし、カプラシリンダ２１が収縮するとバケット６がロックされ、カプラシリンダ２１が伸張するとバケット６がアンロックされるように構成されてもよい。

【0048】

メインポンプ２３およびポンプ２９ａの各々は、エンジン（不図示）によって駆動される。メインポンプ２３は、カプラシリンダ２１および作業機シリンダ（ブームシリンダ１８、バケットシリンダ１９：図１）の各々に作動油を供給する。メインポンプ２３には、カプラシリンダ２１および作業機シリンダ１８、１９が互いに並列に接続される。

【0049】

メインポンプ２３は、たとえば可変容量ポンプである。メインポンプ２３から供給される作動油の容量は、斜板２３ａの傾斜角度を変更することによって調整できる。斜板２３ａの傾斜角度は、容量制御弁（不図示）によって変更される。

【0050】

ポンプ２９ａは、カプラシリンダ２１およびメインバルブ２４ａの各々にパイロット油を供給する。

【0051】

本明細書においては、カプラシリンダ２１および作業機シリンダ１８、１９を作動するために、それらのシリンダ２１、１８、１９に供給される油は作動油と称される。またカプラシリンダ２１のロック状態またはアンロック状態を保持（ホールド）するため、またメインバルブ２４ａのスプールを駆動するために供給される油はパイロット油と称される。またパイロット油の圧力はパイロット圧（ＰＰＣ圧）と称される。作動油はたとえば３０ＭＰａの圧力を有する油であり、パイロット油はたとえば３ＭＰａの圧力（パイロット油圧）を有する油である。作動油の圧力は、パイロット油圧とは異なり、パイロット油圧よりも高い。

【0052】

昇圧バルブ２５は、カプラシリンダ２１へ供給する作動油の圧力を増加（昇圧）または減少（降圧）させる。昇圧バルブ２５は、メインバルブ２４ａと、電磁切替バルブ（ソレノイドバルブ）２４ｂとを有する。

【0053】

メインバルブ２４ａは、油圧配管を介して、メインポンプ２３に接続される。メインバルブ２４ａは、メインポンプ２３から供給される作動油を、カプラシリンダ２１に送り出す。

【0054】

電磁切替バルブ２４ｂは、ポンプ２９ａからパイロット油を供給される。電磁切替バルブ２４ｂは、コントローラ３０と電気的に接続されている。これにより電磁切替バルブ２４ｂは、コントローラ３０からの電流指令を受ける。

【0055】

電磁切替バルブ２４ｂは、電流指令の電流値に応じたパイロット圧を発生する。電磁切替バルブ２４ｂは、パイロット圧によってメインバルブ２４ａのスプールを駆動する。メインバルブ２４ａのスプールが駆動することにより、メインバルブ２４ａからカプラシリンダ２１へ送り出される作動油の量が変化する。

【0056】

これにより、カプラシリンダ２１への作動油の供給開始と供給停止とが制御可能である。またカプラシリンダ２１へ供給される作動油の油圧の増加（昇圧）と減少（降圧）とが制御可能である。

【0057】

減圧バルブ２６は、油圧配管を介して、メインバルブ２４ａとカプラ切替バルブ２７とに接続される。減圧バルブ２６は、メインポンプ２３から供給される作動油の油圧が所定値より大きい場合、油圧を所定値まで減圧させる。これによって、カプラシリンダ２１に過剰な油圧が印加されることが抑制される。減圧バルブ２６は、メインポンプ２３から供給される作動油の油圧が所定値以下である場合、油圧を調整しない。

【0058】

カプラ切替バルブ２７は、油圧配管を介して、減圧バルブ２６とカプラシリンダ２１とに接続される。カプラ切替バルブ２７は、コントローラ３０と電気的に接続される。カプラ切替バルブ２７は、コントローラ３０からの電気指令を受けて、ロック側位置Ｒ１と、アンロック側位置Ｒ２とに切り替え可能である。

【0059】

ロック側位置Ｒ１は、カプラシリンダ２１がロック方向Ｐ１に駆動するようにメインポンプ２３からの作動油をカプラシリンダ２１に供給する位置である。具体的にはカプラ切替バルブ２７がロック側位置Ｒ１にあるとき、メインポンプ２３からの作動油はカプラシリンダ２１のボトム側２１Ｂに供給される。

【0060】

アンロック側位置Ｒ２は、カプラシリンダ２１がアンロック方向Ｐ２に駆動するようにメインポンプ２３からの作動油をカプラシリンダ２１に供給する位置である。具体的にはカプラ切替バルブ２７がアンロック側位置Ｒ２にあるとき、メインポンプ２３からの作動油はカプラシリンダ２１のヘッド側２１Ｈに供給される。

【0061】

カプラ切替バルブ２７の位置は、切替スイッチ２８によって切り替えられる。切替スイッチ２８は、コントローラ３０に電気的に接続される。切替スイッチ２８は、ロック位置とアンロック位置との少なくとも２つの位置で切り替え可能なレバー、ダイアルなどを有する。切替スイッチ２８は、たとえばシーソースイッチなどであるが、これに限られない。

【0062】

コントローラ３０は、切替スイッチ２８のロック位置またはアンロック位置のいずれかの位置を表す電気信号を切替スイッチ２８から受ける。コントローラ３０は、位置を表す電気信号に基づいてカプラ切替バルブ２７に、ロック側位置Ｒ１とアンロック側位置Ｒ２とを切り替える電気指令を発する。

【0063】

シャトルバルブ２９ｂは、２つの入口と共通の出口とを持ち、出口は入口圧力の作用によって入口のいずれか一方に自動的に接続される。これによりシャトルバルブ２９ｂは、メインポンプ２３から供給される作動油と、ポンプ２９ａから供給されるパイロット油とのいずれか一方のみを選択的にカプラシリンダ２１へ供給する。

【0064】

具体的にはシャトルバルブ２９ｂに作用する作動油の圧力がシャトルバルブ２９ｂに作用するパイロット油の圧力よりも大きいときには、作動油がカプラシリンダ２１に供給される。またシャトルバルブ２９ｂに作用する作動油の圧力がシャトルバルブ２９ｂに作用するパイロット油の圧力よりも小さいときには、パイロット油がカプラシリンダ２１に供給される。

【0065】

圧力センサ４１は、メインポンプ２３とカプラシリンダ２１との間の油路に設けられる。これによりメインポンプ２３とカプラシリンダ２１との間の油路における油圧（圧力）が圧力センサ４１により検知される。圧力センサ４１は、たとえばメインポンプ２３とメインバルブ２４ａとの間の油路に設けられている。

【0066】

圧力センサ４１は、コントローラ３０に電気的に接続される。これにより圧力センサ４１により検知された圧力は電気信号としてコントローラ３０へ入力される。コントローラ３０は、圧力を示す電気信号に基づいてカプラシリンダ２１への油（たとえば作動油）の供給停止を昇圧バルブ２５の電磁切替バルブ２４ｂに指令する。

【0067】

油圧システム２０においてバケット６がロック状態にあるときには、図３に示されるようにカプラ切替バルブ２７は、コントローラ３０からの電気指令を受けてロック側位置Ｒ１に切り替えられている。これにより作動油またはパイロット油はカプラシリンダ２１のボトム側２１Ｂに供給される。

【0068】

一方、油圧システム２０においてバケット６がアンロック状態にあるときには、図４に示されるようにカプラ切替バルブ２７は、コントローラ３０からの電気指令を受けてアンロック側位置Ｒ２に切り替えられている。これにより作動油またはパイロット油はカプラシリンダ２１のヘッド側２１Ｈに供給される。

【0069】

本実施の形態における油圧システムはオルタネート方式である。オルタネート方式とは、切替スイッチ２８の信号をコントローラ３０を介して昇圧バルブ２５へ入力することによりカプラシリンダ２１の昇圧を行なう方式である。

【0070】

オルタネート方式の場合、切替スイッチ２８をロック位置またはアンロック位置に一旦切り替えると、オペレータが切替スイッチ２８から手を離しても切替スイッチ２８はその状態を維持する。このようにオペレータが手を離しても状態を維持する切替スイッチ２８を本明細書では「オルタネートスイッチ」と称する。

【0071】

オルタネートスイッチ２８の操作に基づいてカプラシリンダ２１を昇圧する場合、カプラシリンダ２１へ昇圧された作動油が供給され続ける。この場合、作動油の昇圧を停止しないと、カプラシリンダ２１がストロークエンドの状態で油圧がリリーフし続け、燃料が無駄に消費され続ける。

【0072】

そこで本実施の形態においては、カプラシリンダ２１がストロークエンドに達した状態か否かが圧力センサ４１およびコントローラ３０により監視される。具体的には、コントローラ３０は圧力センサ４１により検知された圧力が所定圧力より高くなった時点でカプラシリンダ２１がストロークエンドに達したとみなしてカプラシリンダ２１への油（たとえば作動油）の供給停止を昇圧バルブ２５に指令する。

【0073】

＜コントローラ３０の機能ブロック＞
次に、コントローラ３０の機能ブロックについて図５を用いて説明する。

【0074】

図５は、図１の作業機械に用いられるコントローラの機能ブロックを示す図である。図５に示されるように、コントローラ３０は、スイッチ信号取得部３１と、スイッチ信号判定部３２と、圧力信号取得部３３と、圧力信号判定部３４と、バルブ制御部３５とを有する。

【0075】

スイッチ信号取得部３１は、切替スイッチ２８のロック位置またはアンロック位置のいずれかの位置を表す電気信号を取得する。スイッチ信号判定部３２は、スイッチ信号取得部３１が取得した信号に基づいて、切替スイッチ２８がロック位置にあるか、アンロック位置にあるかを判定する。スイッチ信号判定部３２は、ロック位置またはアンロック位置の位置信号をバルブ制御部３５へ出力する。

【0076】

バルブ制御部３５は、受け取った位置信号に基づいてカプラ切替バルブ２７を駆動制御する。バルブ制御部３５がロック位置の信号を受け取った場合、バルブ制御部３５は、カプラ切替バルブ２７がロック側位置Ｒ１に切り替わるようカプラ切替バルブ２７を制御する。またバルブ制御部３５がロック位置の信号を受け取った場合、バルブ制御部３５は、カプラシリンダ２１への作動油の供給開始を昇圧バルブ２５に指令する。この指令によりカプラシリンダ２１のボトム側２１Ｂに作動油が供給される。これによりカプラシリンダ２１がロック方向Ｐ１に駆動し、ロック状態となる。

【0077】

またバルブ制御部３５がアンロック位置の信号を受け取った場合、バルブ制御部３５は、カプラ切替バルブ２７がアンロック側位置Ｒ２に切り替わるようカプラ切替バルブ２７を制御する。またバルブ制御部３５がアンロック位置の信号を受け取った場合、バルブ制御部３５は、カプラシリンダ２１への作動油の供給開始を昇圧バルブ２５に指令する。この指令によりカプラシリンダ２１のヘッド側２１Ｈに作動油が供給される。これによりカプラシリンダ２１がアンロック方向Ｐ２に駆動し、カプラシリンダ２１がアンロック状態となる。

【0078】

圧力信号取得部３３は、圧力センサ４１により検知された圧力を表す電気信号を取得する。圧力信号判定部３４は、圧力信号取得部３３が取得した信号に基づいて、圧力値を判定する。具体的には、圧力信号判定部３４は、圧力信号取得部３３が取得した油圧が所定圧力よりも高いか否かを判定する。この所定圧力は、記憶部４０に記憶されている。

【0079】

所定圧力は、たとえばパイロット圧よりも大きく設定される。所定圧力は、温度によって変更されてもよい。所定圧力は、たとえばカプラシリンダ２１のリリーフ弁におけるリリーフ圧よりも小さく設定されてもよい。ただしメインポンプ２３の近くに圧力センサ４１が配置される場合には、所定圧力は上記リリーフ圧よりも高い場合もある。

【0080】

圧力信号判定部３４は、圧力信号取得部３３が取得した油圧が所定圧力よりも高いか否かの判定結果の信号をバルブ制御部３５へ出力する。

【0081】

バルブ制御部３５は、受け取った判定結果の信号に基づいて昇圧バルブ２５を駆動制御する。圧力センサ４１により検知された圧力が所定圧力よりも高いとの判定結果をバルブ制御部３５が受け取った場合、バルブ制御部３５は、カプラシリンダ２１への作動油の供給が停止するように昇圧バルブ２５を制御する。具体的には、カプラシリンダ２１への作動油の供給停止は、バルブ制御部３５から指令を受けた電磁切替バルブ２４ｂがメインバルブ２４ａのスプールを駆動制御することにより行なわれる。

【0082】

また圧力センサ４１により検知された圧力が所定圧力以下であるとの判定結果をバルブ制御部３５が受け取った場合、バルブ制御部３５は、カプラシリンダ２１への作動油の供給を継続するように昇圧バルブ２５を制御する。

【0083】

コントローラ３０および記憶部４０は、作業機械１（図１）に搭載されていてもよく、作業機械１の外部に離れて配置されていてもよい。コントローラ３０および記憶部４０が作業機械１の外部に離れて配置されている場合、コントローラ３０および記憶部４０は、作業機械１（圧力センサ４１、切替スイッチ２８、カプラ切替バルブ２７、昇圧バルブ２５）などと無線により接続されていてもよい。コントローラ３０は、たとえばプロセッサであり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）であってもよい。

【0084】

記憶部４０はコントローラ３０と有線（電気配線など）により接続されていてもよく、また無線により接続されていてもよい。記憶部４０は、コントローラ３０に含まれていてもよい。

【0085】

＜油圧システム２０の制御方法＞
次に、図３および図４に示す本実施の形態における油圧システム２０の制御方法について図６、図７を用いて説明する。ここでは、バケット６をアンロック状態（図４）からロック状態（図３）へ切り替える場合の制御方法を例に挙げて説明する。

【0086】

図６は、図１の作業機械に用いられる油圧システムの制御方法の一例を示すフロー図である。図７は、アンロック状態からロック状態へ切り替えたときの切替スイッチ（Ａ）、方向切替用電磁切替バルブ（Ｂ）、昇圧用電磁切替バルブ（Ｃ）および圧力センサ（Ｄ）の制御チャートを示す図である。

【0087】

まず油圧システム２０は、図４に示されるアンロック状態にある。昇圧停止後のアンロック状態においては、図７（Ａ）に示されるように切替スイッチ２８はアンロック位置にある。またカプラ切替バルブ２７は、図７（Ｂ）に示されるように、オン信号が入力されることによりアンロック側位置Ｒ２（図４）に位置している。また電磁切替バルブ２４ｂは、図７（Ｃ）に示されるようにオフ信号が入力されることによりメインポンプ２３からの作動油をカプラシリンダ２１へ供給しない。このため圧力センサ４１により検知される圧力は、図７（Ｄ）に示されるように０となる。

【0088】

なおカプラシリンダ２１へは、ポンプ２９ａからパイロット油が供給されている。このためカプラシリンダ２１のヘッド側２１Ｈはパイロット圧となっている。このパイロット圧によりカプラシリンダ２１のアンロック状態が保持（ホールド）される。

【0089】

図７（Ａ）に示されるように、切替スイッチ２８がアンロック位置からロック位置に切り替えられる。これにより図５に示されるように、切替スイッチ２８におけるロック位置への切替を表す電気信号がコントローラ３０のスイッチ信号判定部３２に入力される（ステップＳ１）。具体的にはコントローラ３０は、カプラシリンダ２１への作動油の供給指令を切替スイッチ２８から入力される。この後、スイッチ信号判定部３２は、切替スイッチ２８がロック位置にあることを判定し、ロック位置の位置信号をバルブ制御部３５へ出力する。

【0090】

バルブ制御部３５は、受け取った位置信号に基づいてカプラ切替バルブ２７と昇圧バルブ２５とを駆動制御する（ステップＳ２）。具体的にはバルブ制御部３５は、図７（Ｂ）に示されるようにカプラ切替バルブ２７にオフ信号（ロック側位置Ｒ１への切替信号）を出力する。つまりバルブ制御部３５は、アンロック側位置Ｒ２からロック側位置Ｒ１への切り替えをカプラ切替バルブ２７に指令する。これによりカプラ切替バルブ２７は、アンロック側位置Ｒ２（図４）からロック側位置Ｒ１（図３）に切り替わる。

【0091】

またバルブ制御部３５は、図７（Ｃ）に示されるように昇圧バルブ２５の電磁切替バルブ２４ｂにオン信号（カプラシリンダ２１への作動油の供給開始信号）を出力する。つまりバルブ制御部３５は、カプラシリンダ２１の昇圧開始を昇圧バルブ２５に指令する。この指令によりメインバルブ２４ａのスプールが駆動して、メインポンプ２３から作動油が昇圧バルブ２５を通じてカプラシリンダ２１へ供給開始される。これによりカプラシリンダ２１のボトム側が非昇圧状態から昇圧状態とされ、カプラシリンダ２１のピストン２１ｂがロック方向Ｐ１に駆動してアンロック状態からロック状態への移行が開始される（ステップＳ３）。

【0092】

圧力センサ４１は、メインポンプ２３からカプラシリンダ２１までの油路における圧力を検知する（ステップＳ４）。カプラシリンダ２１の昇圧が開始されると、図７（Ｄ）に示されるように、圧力センサ４１により検知される圧力が次第に上昇する。上昇した圧力が所定圧力を超えたか否かが、コントローラ３０の圧力信号判定部３４により判定される（ステップＳ５）。

【0093】

上記判定の結果、圧力センサ４１により検知された圧力が所定圧力を超えていないと判定された場合、圧力信号判定部３４による所定圧力を超えたか否かの判定が繰り返される。

【0094】

一方、上記判定の結果、圧力センサ４１により検知された圧力が所定圧力を超えたと判定された場合、図５に示されるようにバルブ制御部３５は、受け取った判定結果の信号に基づいて昇圧バルブ２５を駆動制御する（ステップＳ６）。

【0095】

具体的にはバルブ制御部３５は、図７（Ｃ）に示されるように昇圧バルブ２５の電磁切替バルブ２４ｂにオフ信号（カプラシリンダ２１への作動油の供給停止信号）を出力する。つまりバルブ制御部３５は、カプラシリンダ２１の昇圧を停止し非昇圧となるように昇圧バルブ２５に指令する。この指令によりメインバルブ２４ａのスプールが駆動して、メインポンプ２３からカプラシリンダ２１への作動油の供給がメインバルブ２４ａにより停止される。これにより図７（Ｄ）に示されるように、圧力センサ４１により検知される圧力は０となる。

【0096】

なお非昇圧の状態においては、ポンプ２９ａからパイロット油がカプラシリンダ２１へ供給されている。このためカプラシリンダ２１のボトム側２１Ｂはパイロット圧となっている。このパイロット圧によりカプラシリンダ２１のロック状態が保持（ホールド）される。

【0097】

また上記ステップＳ６においては、図７（Ｃ）、（Ｄ）に示されるように、圧力センサ４１により検知される圧力が所定圧力を超えたと判定されてから所定時間経過後に電磁切替バルブ２４ｂにオフ信号が出力される。また圧力センサ４１により検知される圧力が所定圧力を超えてから十分な時間経過後に電磁切替バルブ２４ｂにオフ信号を出力すれば、カプラシリンダ２１をストロークエンドに確実に到達させることができる。

【0098】

上記においてはカプラシリンダ２１がアンロック状態からロック状態へ移行する場合について説明したが、カプラシリンダ２１がロック状態からアンロック状態へ移行する場合にも上記油圧システム２０は同様に制御される。

【0099】

＜作用効果＞
次に、本実施の形態の作用効果について説明する。

【0100】

本実施の形態によれば図３に示されるように、コントローラ３０は、メインポンプ２３とカプラシリンダ２１との間の油路における圧力に基づいてカプラシリンダ２１への油（たとえば作動油）の供給停止を昇圧バルブ２５に指令する。このためカプラシリンダ２１がストロークエンドに達したことを圧力センサの圧力から検知して、油（たとえば作動油）の昇圧を停止することができる。よって燃料が無駄に消費され続けることを防止でき、燃費が良好となる。

【0101】

またコントローラ３０は、メインポンプ２３とカプラシリンダ２１との間の油路における圧力に基づいてカプラシリンダ２１への油（たとえば作動油）の供給停止を昇圧バルブ２５に指令する。このためカプラシリンダ２１のロック状態を確実に検出することが可能となる。よってメインポンプ２３の異常、バルブ２５、２７の作動不良などによるロック不良を防止することができる。

【0102】

以上より本実施の形態によれば、燃費が良好で、ロック状態の誤認識を抑制可能な作業機械の油圧システム、作業機械および油圧システムの制御方法を実現することができる。

【0103】

また本実施の形態においては図３、図４に示されるように、コントローラ３０は、カプラシリンダ２１への油（たとえば作動油）の供給指令に基づいてカプラシリンダ２１への油（たとえば作動油）の供給開始を昇圧バルブ２５に指令する。

【0104】

これにより油の供給をコントローラ３０が制御することができる。
また本実施の形態においては図３、図４に示されるように、油の供給指令は、オルタネートスイッチの操作に基づく。

【0105】

これにより切替スイッチ２８をロック位置またはアンロック位置に一旦切り替えると、オペレータが切替スイッチ２８から手を離しても切替スイッチ２８はその状態を維持する。

【0106】

また本実施の形態においては図７（Ｃ）、（Ｄ）に示されるように、コントローラ３０は、圧力センサ４１により検知される圧力が所定圧力に到達した時点でカプラシリンダ２１への油（たとえば作動油）の供給を停止する。この所定圧力はパイロット圧より大きく設定される。

【0107】

カプラシリンダ２１のロック状態またはアンロック状態を保持（ホールド）するためにパイロット圧が用いられることがある。この場合、所定圧力がパイロット圧よりも大きく設定されることにより、ロック状態またはアンロック状態を保持する非昇圧状態を昇圧状態と明確に区別することが可能となる。

【0108】

また本実施の形態においては図３および図４に示されるように、油圧システム２０は、カプラシリンダ２１のロック状態とアンロック状態とを切り替えるカプラ切替バルブ２７を有する。これによりカプラシリンダ２１のロック状態とアンロック状態との切り替えが可能となる。

【0109】

また本実施の形態においては図３および図４に示されるように、油圧システム２０は、メインポンプ２３とカプラシリンダ２１との間の油路における圧力を検知する圧力センサ４１を有する。

【0110】

この圧力センサ４１で圧力を検知することにより、カプラシリンダ２１のロック状態を確実に検出することが可能となる。よってメインポンプ２３の異常、バルブ２５、２７の作動不良などによるロック不良を防止することができる。

【0111】

なお本実施の形態においては、図３および図４に示されるようにメインポンプ２３と昇圧バルブ２５との間の圧力を検知できるように圧力センサ４１が設けられた構成について説明した。しかし圧力センサ４１は、メインポンプ２３とカプラシリンダ２１との間の油路に設けられていれば、たとえば図８に示されるようにカプラ切替バルブ２７とカプラシリンダ２１との間の油圧（圧力）を検知できるように配置されていてもよい。

【0112】

また圧力センサ４１は、メインポンプ２３内の圧力を測定できるように、またカプラシリンダ２１内の圧力を測定できるように配置されていてもよい。

【0113】

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0114】

１ 作業機械（ホイールローダ）、２ 車体フレーム、３ 作業機、４ 走行装置、４ａ 前走行輪、４ｂ 後走行輪、５ キャブ、６ バケット、６ａ ブラケット、６ｂ，７ｂ 貫通孔、６ｃ フック、７ クイックカプラ、７ａ フレーム、７ｃ 連結ピン、１１ 前フレーム、１２ 後フレーム、１３ ステアリングシリンダ、１４ ブーム、１６ ベルクランク、１７ チルトロッド、１８ ブームシリンダ、１９ バケットシリンダ、２０ 油圧システム、２１ カプラシリンダ、２１Ｂ ボトム側、２１Ｈ ヘッド側、２１ａ シリンダチューブ、２１ｂ ピストン、２１ｃ ピストンロッド、２２ 固定ピン、２３ メインポンプ、２３ａ 斜板、２４ａ メインバルブ、２４ｂ 電磁切替バルブ、２５ 昇圧バルブ、２６ 減圧バルブ、２７ カプラ切替バルブ、２８ 切替スイッチ、２９ａ ポンプ、２９ｂ シャトルバルブ、３０ コントローラ、３１ スイッチ信号取得部、３２ スイッチ信号判定部、３３ 圧力信号取得部、３４ 圧力信号判定部、３５ バルブ制御部、４０ 記憶部、４１ 圧力センサ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】