(57)【要約】【課題】  ブーム下降時にエネルギを回収する。【解決手段】  ブームを液圧的に上昇及び下降させるシステムに於いて、前記システムが、ブームサポートに旋回心軸での回転式に結合されたブームと、前記ブーム及び該ブームサポートに結合され、前記ブームを前記ブームサポートに対して制御可能に上昇及び下降させるよう構成された液圧回路と、そして前記ブームに旋回心軸での回転式に取り付けられた第１端部、前記ブームサポートに旋回心軸での回転式に取り付けられた第２端部、及び中に圧縮可能な媒体を有する実質的に中空の内部を備える少なくとも１つの支援シリンダーと、を具備する。【選択図】  図１
2006322480.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブームを液圧的に上昇及び下降させるシステムに於いて、前記システムが、ブームサポートに旋回心軸での回転式に結合されたブームと、前記ブーム及び該ブームサポートに結合され、前記ブームを前記ブームサポートに対して制御可能に上昇及び下降させるよう構成された液圧回路と、そして前記ブームに旋回心軸での回転式に取り付けられた第１端部、前記ブームサポートに旋回心軸での回転式に取り付けられた第２端部、及び中に圧縮可能な媒体を有する実質的に中空の内部を備える少なくとも１つの支援シリンダーと、を具備することを特徴とする該システム。
【請求項２】
前記液圧回路が少なくとも１つの液圧シリンダーを備えており、各前記シリンダーが前記ブームに旋回心軸での回転式に取り付けられた上端と前記ブームサポートに旋回心軸での回転式に取り付けられた下端とを有することを特徴とする請求項１の該システム。
【請求項３】
各前記液圧シリンダーが室と、前記室内に移動可能に設置されたピストンと、そして前記ピストンの１つの側に取り付けられたロッドとを有しており、前記ロッドは前記室の出口端部からシール可能な仕方で延び、前記上端を有する遠位の端部を有しており、前記室は前記出口端部に概ね相対する閉じた端部を有しており、前記下端は前記閉じた端部の外部にあり、前記室の第１動的内部部分は前記閉じた端部と前記ピストンの間に配置されており、第２動的内部部分は前記１つの側と前記出口端部の間に配置されており、前記第１及び第２動的内部部分の各々は液圧流体を有し、前記液圧回路と流体的に連通していることを特徴とする請求項２の該システム。
【請求項４】
前記圧縮可能な媒体がガスであることを特徴とする請求項１の該システム。
【請求項５】
前記ガスが、窒素、他の非爆発性ガス、そしてそれらの組み合わせから成るガスのグループから選択されることを特徴とする請求項４の該システム。
【請求項６】
前記ガスが窒素であることを特徴とする請求項４の該システム。
【請求項７】
前記支援シリンダーが更に、前記内部内のその周辺付近にシール可能に設置された移動可能なピストンと前記ピストンの１つの側に取り付けられその出口端部で前記内部から延びるロッドとを備えており、前記ロッドは前記第１端部を含む遠位の端部を有しており、前記内部は更に前記出口端部と概ね相対する閉じた端部を有することを特徴とする請求項１の該システム。
【請求項８】
前記内部と前記ピストンは前記閉じた端部と前記ピストンとの間に配置された動的室を規定することを特徴とする請求項７の該システム。
【請求項９】
前記ロッドはその中に室を有しており、前記室は前記ピストン内の少なくとも１つの中間のベントを通して前記動的室と流体的に連通していることを特徴とする請求項８の該システム。
【請求項１０】
前記圧縮可能な媒体は、前記液圧回路が前記ブームを下降させるよう使われる時相互に流体的に連通している前記室と前記動的室とにより規定された空間内で圧縮されさせられ、前記圧縮可能な媒体は前記支援シリンダー内にポテンシャルエネルギーを発生する圧力で、かつ、前記ポテンシャルエネルギーが、前記第１端部で前記ブーム上に概ね上方への力を印加するために前記ピストン上に前記空間内で印加される該圧力により前記ロッドを前記内部から延びさせる運動エネルギーに変換された時、次に前記ブームを上昇させるよう前記液圧回路を支援するのに充分な該圧力に、圧縮されることを特徴とする請求項９の該システム。
【請求項１１】
前記圧縮可能な媒体は前記液圧回路が前記ブームを下降させるよう使われる時前記動的室内で圧縮されさせられており、前記圧縮可能な媒体は前記支援シリンダー内にポテンシャルエネルギーを発生する圧力で、かつ、前記ポテンシャルエネルギーが、前記第１端部で前記ブーム上に概ね上方への力を印加するために前記ピストン上に前記動的室内で印加される該圧力により前記ロッドを前記内部から延びさせる運動エネルギーに変換された時、次に前記ブームを上昇させるよう前記液圧回路を支援するのに充分な該圧力に、圧縮されることを特徴とする請求項８の該システム。
【請求項１２】
前記内部は約１２．７ｃｍ（約５インチ）と約２９．２１ｃｍ（約１１．５インチ）の間の内径を有することを特徴とする請求項７の該システム。
【請求項１３】
前記内径が約２５．４ｃｍ（約１０インチ）であることを特徴とする請求項１２の該システム。
【請求項１４】
前記内径が約１６．５１ｃｍ（約６．５インチ）であることを特徴とする請求項１２の該システム。
【請求項１５】
前記室が約５．０８ｃｍ（約２インチ）と約１５．２４ｃｍ（約６インチ）の間の内径であることを特徴とする請求項９の該システム。
【請求項１６】
前記内径が約１１．４３ｃｍ（約４．５インチ）であることを特徴とする請求項１５の該システム。
【請求項１７】
前記支援シリンダーが約８８．９ｃｍ（約３５インチ）と約１７７．８ｃｍ（約７０インチ）の間の行程距離を有することを特徴とする請求項１の該システム。
【請求項１８】
前記行程距離が約１２４．４６ｃｍ（約４９インチ）であることを特徴とする請求項１７の該システム。
【請求項１９】
発生される前記ポテンシャルエネルギーが約８８、９６０Ｎ（約２０，０００ポンド）と約３１１、３６０Ｎ（約７０、０００ポンド）の間の大きさのある力を印加するよう変換されることを特徴とする請求項１０又は請求項１１の該システム。
【請求項２０】
更に前記内部に流体的に接続された膨張タンクを具備しており、前記膨張タンクが前記圧縮可能な媒体の追加量を含むことを特徴とする請求項７の該システム。
【請求項２１】
更に装入ラインと放圧ラインとを具備しており、前記装入ラインは前記タンクを前記閉じた端部の近くの第１ポートで前記内部に流体的に接続しており、前記装入ラインは中の前記ピストンの位置に対する望ましい最小圧力を中で達成するために前記タンクからの前記圧縮可能な媒体を前記内部に装入するよう構成されており、前記放圧ラインは前記閉じた端部の近くの第２ポートで前記内部に前記タンクを流体的に接続し、前記放圧ラインは、前記内部の現実の圧力がしきい値圧力を越える時は前記第２ポートを通して前記内部から前記タンクへ前記圧縮可能な媒体を取り除くよう構成されることを特徴とする請求項２０の該システム。
【請求項２２】
更に前記タンクと前記第１ポートの間の前記装入ライン上にポンプを具備しており、前記ポンプは前記圧縮可能な媒体を前記タンクから前記内部へ運ぶよう構成されることを特徴とする請求項２１の該システム。
【請求項２３】
更に前記第１ポートの方向でのみ前記装入ラインを通る流体流れを可能にするよう構成されたチェックバルブを前記装入ライン上に具備することを特徴とする請求項２２の該システム。
【請求項２４】
更に前記放圧ライン上に安全バルブを具備しており、前記安全バルブは前記内部が前記しきい値圧力に到達した時前記圧縮可能な媒体が前記第２ポートから出ることを可能にするため開くよう構成されることを特徴とする請求項２１の該システム。
【請求項２５】
各前記液圧シリンダーは２重作用液圧シリンダーを有しており、前記液圧回路は少なくとも１つの液圧ポンプと流体的に連通する液圧流体リザーバーを備えており、前記液圧ポンプは、前記第１及び第２動的内部部分へ前記ポンプを接続する液圧ラインを通して、液圧流体を前記第１動的内部部分か又は前記第２動的内部部分か何れかへ選択的に供給するよう構成されており、前記液圧ポンプにより液圧流体を供給されない前記第１及び第２動的内部部分の１つから前記液圧流体を導くために前記第１及び第２動的内部部分を前記リザーバーに接続するために追加の液圧ラインが提供されることを特徴とする請求項３の該システム。
【請求項２６】
前記液圧回路が少なくとも１つの液圧シリンダーを備えており、各前記液圧シリンダーは前記ブームに旋回心軸での回転式に取り付けられた上端と前記ブームサポートに旋回心軸での回転式に取り付けられた下端とを有しており、前記液圧シリンダーは更に室と、前記室内に移動可能に設置されたピストンと、そして前記ピストンの１つの側に取り付けられたロッドとを有しており、前記ロッドは前記室の出口端部から延び前記上端を含む遠位の端部を有しており、前記室は前記出口端部に概ね相対する閉じた端部を有しており、前記下端は前記閉じた端部の外部にあり、前記室の少なくとも第１動的内部部分は前記閉じた端部と前記ピストンとの間に配置されており、前記第１動的内部部分は液圧流体を含み、前記液圧回路と流体的に連通しており、前記支援シリンダーは更に前記内部内にシール可能に設置された移動可能な支援ピストンと、前記支援ピストンの１つの側に取り付けられ支援シリンダー出口端部で前記内部から延びる支援ロッドとを備えており、前記支援ロッドは前記第１端部を含む遠位の端部を有しており、前記内部は更に前記支援シリンダー出口端部と概ね相対する支援シリンダーの閉じた端部を有しており、前記内部と前記支援ピストンは前記支援シリンダーの閉じた端部と前記支援ピストンとの間に配置された動的室を規定しており、前記圧縮可能な媒体は前記液圧回路が前記ブームを下降させるために前記ロッドを前記室内へ引き込めるため使われる時前記動的室内に圧縮され、前記支援ロッドは同時に前記内部内へ引き込められ、前記圧縮可能な媒体の圧縮は前記動的室内の現実の圧力を増加させ、中にポテンシャルエネルギーを発生し、前記支援シリンダーは前記ポテンシャルエネルギーを、前記液圧回路が前記室から前記ロッドを延ばすため使用される時前記ブームの次の上昇を支援する運動エネルギーに変換するよう構成されており、前記液圧回路は、前記支援ロッドを延ばし前記第１端部で前記ブームに概ね上方への力を印加するために前記支援シリンダー内で使われる該運動エネルギーの結果として、より少ないエネルギーを支出することを特徴とする請求項１の該システム。
【請求項２７】
前記第１及び第２端部そして前記上端及び下端がアイを備えることを特徴とする請求項２の該システム。
【請求項２８】
各前記アイがベアリングを有することを特徴とする請求項２７の該システム。
【請求項２９】
各前記ベアリングが直径で約５．０８ｃｍ（約２インチ）と約１５．２４ｃｍ（約６インチ）の間の寸法のピンを受けるよう構成されることを特徴とする請求項２８の該システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液圧システムの省エネルギーに関し、特に掘削機械等に於ける液圧システムのエネルギー回収による省エネルギーに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、掘削機械等で液圧システムによりシリンダーを介してブームを上昇させた時該シリンダーに蓄えられたエネルギーを該ブームの下降時積極的に回収して、次のブーム上昇時これを利用する機構は従来使われていない。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本発明は該シリンダーに蓄えられたエネルギーを該ブームの下降時、圧縮可能なガスを介してタンクに蓄えることにより回収し、次に該ブームを上昇させる時、該ガス圧力を支援シリンダーに印加することにより該エネルギーを運動エネルギーに変換し、該ブームの上昇を支援する機構に関する。
【実施例１】
【０００４】
当業者が本発明を実施することを可能にするためにここでの開示は詳細で、精確であるが、ここで開示される種々のバージョン（versions）は単に本発明を例示するものであり、本発明は他の特定の構造で具体化されてもよい。本発明の範囲はここに付属する請求項で規定される。
【０００５】
システム１０が本発明のバージョンで提供されるが、該バージョンでは２つの構造部材（structural members）１６間で結合された液圧シリンダー（hydraulic cylinder）１４を有する液圧回路（hydraulic circuit）１２が該構造部材の１つをもう１つに対し動かすために使われており、該１つの構造部材が比較的大きいポテンシャルエネルギー位置（potential energy position）から比較してより低い又はゼロのポテンシャルエネルギー位置へ動かされる時、支援シリンダー（assist cylinder）１８はポテンシャルエネルギーを取り込む（capture）ために追加的に使われる。該取り込まれたポテンシャルエネルギーは次いで運動エネルギー（kinetic energy）に変換され、該運動エネルギーは、該１つの構造部材のより大きいポテンシャルエネルギー位置の方への戻りで該液圧回路を支援する支援シリンダーを通して印加（exerted）される力（force）を発生するため使われる。
【０００６】
該システムの使用の１つの背景となる例は、サポート（support）２２に旋回心軸での回転式（pivotally）に結合されるが、該旋回心（pivot point）２４の周りの上昇と下降用として、該結合されるブーム２０である。上昇した位置にある時、該ブーム２０は下降した位置にある時より大きなポテンシャルエネルギーを有する。該液圧回路１２により該上昇した位置から該下降した位置へ動かされた時、普通失われるポテンシャルエネルギー差は該システム１０の支援シリンダー１８により取り込まれ、該液圧回路が該ブームを再び上昇させるよう制御される時運動エネルギーに変換される。該支援シリンダーは該運動エネルギーを支援する力に向けるよう構成されており、該力は該ブームを上昇した位置の方へリフト（lifts）し、かくして該ブーム２０の上昇をスピードアップすることと、より小さく、より低廉な部品が利用されるのを可能にすることの両者を行う。
【０００７】
本開示と付属する請求項の範囲は、１つの部材をもう１つに対して、より大きいポテンシャルエネルギーの位置からより低いポテンシャルエネルギーの位置へ移動させるための液圧回路のどんな使用も、該ポテンシャルエネルギーを取り込み、それを該部材の追加的移動を支援する運動エネルギーに変換し該液圧回路で使用される追加エネルギーをより少なくする様な支援シリンダーの使用と組み合わされることを含む。ブームサポート２２に旋回心軸での回転式に（pivotally）結合されるブーム２０を有するシステムは単に図解目的用である。この様なシステムの例は掘削機械（excavators）、バックホー（backhoes）、そしてクレーン（cranes）を含む。該システムを使う掘削機械の側面が一般的に図で説明される。
【０００８】
図で示される様に、１端でブームサポート２２に旋回心軸での回転式に結合されたブーム２０を液圧式に上昇及び下降させるためのシステム１０は該ブーム及びブームサポートに結合された液圧回路１２と、該ブーム２０及びブームサポート２２の間に結合された支援シリンダー１８と、を有する。該液圧回路１２は該ブーム２０を該ブームサポート２２に対し制御可能に上昇及び下降させるよう構成されている。該支援シリンダー１８はそれぞれ該ブーム２０及び該ブームサポート２２に旋回心軸での回転式に取り付けられた第１及び第２端部２６，２８を有する。１バージョンでは、該支援シリンダー１８は圧縮可能な媒体（compressible medium）３２を含む中空の内部（hollow interior）３０を備える。他のバージョンでは、該圧縮可能な媒体３２は窒素の様な何等かの適当な圧縮可能なガスを含み、空気と酸素を含むガスとはそれらの爆発の可能性（explosive possibilities）のために好ましくない（less preferred）。
【０００９】
図２に示す様に、１バージョンでは、該支援シリンダー１８はピストン３４を有しており、該ピストンは該内部３０内で移動可能であり、その中の該ピストンの周辺３６付近でシール可能に設置されている。他のバージョンでは、該支援シリンダー１８は更に該ピストン３４の１つの側４０に取り付けられたロッド３８を有し、該ロッドは概ねその出口端部（exit end）４２で該内部３０から延びている。該ロッド３８の遠位の端部（distal end）４４は該支援シリンダー１８の第１端部２６を有する。なお他のバージョンの該内部３０は該出口端部４２に概ね相対する閉じた端部４６を有する。なお他のバージョンでは、該支援シリンダー１８の第２端部２８は該閉じた端部４６の外部にある。なお他のバージョンでは、該支援シリンダー１８は典型的なロッドとピストンのシリンダー構造（rod-and-piston cylinder structure）を有する。
【００１０】
１バージョンでは、該内部３０とピストン３４は該閉じた端部４６と該ピストン３４の間の動的室（dynamic chamber）４８を規定する。該動的室４８は圧縮可能な媒体３２をシール可能に含んでおり、該媒体は、該ロッド３８が該内部３０内に引き込まれた（retracted）時該動的室内で圧縮される。これは該ピストン３４を該閉じた端部４６の方へ移動させる。他のバージョンでは、該ロッド３８はその中に室（chamber）５０を有し、該室は該ピストンの中間部分（medial portion）５４内の１つ以上のベント（vent）５２を通して該動的室と流体的連通関係にある。この様な実施例で該動的室４８と該室５０とによりかくして規定された空間５６は圧縮可能な媒体３２をシール可能に含んでおり、該媒体は該ロッド３８が引き込み、該ピストン３４が該閉じた端部４６に近づくよう動かされた時その規定された空間内で同様に圧縮される。
【００１１】
該液圧回路１２が上昇した位置からブーム２０を下降させるため使われると、該ロッド３８は該内部３０内へ引き込まされ（caused to retract）、それは該ロッドが該ブーム２０に該第１端部２６で旋回心軸での回転式に結合されているからである。該引き込み動作（retraction）は該動的室４８の容積を減じ、対応してその中の（或いは又、該ロッド３８内に室５０を有する実施例の規定された空間５６内の）圧力を増加させる。該増加した圧力はそれにより該支援シリンダー１８内に対応するポテンシャルエネルギーを発生し、該エネルギーは、該液圧回路１２が該ブーム２０を下降させつつある及び／又は下降した位置に該ブームを保持しつつある時間を通して保持される。
【００１２】
該液圧シリンダー１４が該ブーム２０を制御可能に上昇させるため使われる時、僅かな上昇でも、或いは完全な上昇でも、該内部３０に形成された圧力は、該ロッド３８を該内部３０から延びさせる力で、該ピストン３４に対し膨張することにより放圧（relieved）されることを可能にされ、その延びは対応して支援シリンダー１８の第１端部２６で該ブーム２０に概ね上向きの力を印加する。図３参照。
【００１３】
図４に示す様に、１つのバージョンでは、該液圧回路１２は少なくとも１つの液圧シリンダー１４を有し、各シリンダーは該ブーム２０に旋回心軸での回転式に取り付けられた上部端部５８とブームサポート２２に旋回心軸での回転式に取り付けられた下部端部６０を有する。液圧シリンダー１４は、中でピストン７０を１つの方向に又はもう１つの方向に移動させ、それによりそれに取り付けられたロッド７２を延びさせるか又は引き込ませ、対応して該ロッド７２が取り付けられているブーム２０の様な部材１６を動かすために、１つ以上のシリンダー室６８に装入（charging）及び放圧（relieving）するよう、１つ以上の液圧流体ポンプ６４と液圧ライン６６を経由して液圧流体リザーバー６２に接続された単一作用及び２重作用液圧シリンダーに於ける様に、液圧の原理を用いて１つの部材１６をもう１つに対し移動させることでの使用のために当該技術で一般的に公知である。
【００１４】
図解の目的で、１つのバージョンでは、該液圧シリンダー１４は室６８，該室６８内に移動可能に設置されたピストン７０，そして該ピストン７０の１つの側７４に取り付けられたロッド７２を有する。該ロッド７２は該室６８の出口端部７６からシール可能な仕方で延び、ブーム２０の様な部材に結合された遠位の端部７８を有する。又該シリンダー１４は該出口端部７６の概ね反対の室６８の閉じた端部８０を有する。下部の端部６０は該閉じた端部８０の外部にある。１つのバージョンでは、該室６８は更に、該室６８内でのピストン７０の位置により可変である容積を有する第１及び第２動的内部部分（first and second dynamic interior portion）８２，８４を有する。該第１動的内部部分８２は該ピストン７０と該閉じた端部８０の間に配置され、該第２動的内部部分８４は該ピストン７０と該出口端部７６の間に配置される。該動的内部部分８２，８４は各々液圧流体８６の容積を有し、該液圧回路１２と流体的に連通している。
【００１５】
該２重作用液圧シリンダー１４では、該第１及び第２動的内部部分８２，８４の各々は液圧ライン６６で液圧流体リザーバー６２に接続される。１実施例の該リザーバー６２は少なくとも１つの液圧ポンプ６４と流体的に連通しており、該ポンプは、該ポンプ６４を該動的内部部分に接続する液圧ライン６６を通して該リザーバー６２から、該第１の８２の又は第２の８４の動的内部部分へ選択的に液圧流体８６を供給するよう構成されている。流体８６はピストン７０を該出口端部７６の方へ動かし、該ロッド７２を該室６８から延びさせるために、該第１動的内部部分８２へ選択的に供給される。該ロッド７２を引き込ませるために反対のことが起こり、流体８６が、該第２動的内部部分８４へ供給される。１つのバージョンでは、該ポンプ６４から該流体を供給されない動的内部部分から流体を導くために、該動的内部部分８２，８４を該液圧流体リザーバー６２へ直接接続するよう追加の液圧ライン６６が提供される。これは、容積が減少する該動的内部部分が、容積が増加しつつあるもう１つの動的内部部分へ流体を供給するためにより多くの力とエネルギーを要するであろう該流体の圧縮よりも、寧ろ流体８６を放出（discharges）するように、ピストン７０の運動を容易化（facilitates）する。
【００１６】
或るバージョンの該支援シリンダー１８は、該ブーム２０が何等かの与えられた位置にある時該内部３０の圧力を制御するために、圧縮可能な媒体３２を含む補助膨張タンク（auxiliary expansion tank）８８を更に有している。例えば、掘削機が休止している時、そのブーム２０は、圧力が該動的室４８及び／又は該規定された空間５６内に残っている様な中立位置（neutral position）にあるかも知れない。この圧力は該掘削機が休止している間望ましくない力が該ブーム２０に印加される状態を引き起こすだろう。かくして、ここに説明されるバージョンの膨張タンク８８に関連して該圧力を放圧し次に該内部３０に再装入（recharging）する手段が提供される。
【００１７】
１つのバージョンでは、装入ライン９０と放圧ライン９２は該膨張タンク８８を該内部３０に流体的に接続する。該装入ライン９０は該閉じた端部６６の近くに配置された第１ポート９４を通して該圧縮可能な媒体３２を該内部３０に装入するよう構成されている。該内部３０はここで該ピストン３４の位置に対し望ましい最小圧力に装入されてもよい。そうするために、１つのバージョンでは、該タンク８８と該第１ポート９４の間で該装入ライン９０上にポンプ９６が提供される。該ポンプ９６は該望ましい圧力が達成されるまで該タンク８８から該内部３０へ圧縮可能な媒体３２を制御可能な仕方で運ぶよう構成される。他のバージョンでは、該装入ラインを通して該第１ポートの方向でのみ圧縮可能な媒体流体を流れさせるために該ポンプ９６と第１ポート９４の間で該装入ライン９０にチェックバルブ９８が提供される。
【００１８】
該放圧ライン９２は、該内部の圧力が或るしきい値圧力を越えたとき、又は操作者（示されてない）が望んだ時圧縮可能な媒体３２を該内部３０から該タンク８８へ戻して除去するよう構成される。１つのバージョンでは、該放圧ライン９２は該タンク８８を該閉じた端部４６の近くに配置された第２ポート１００を通して該内部３０へ流体的に接続する。他のバージョンでは、該タンク８８と該第２ポート１００の間の該放圧ライン９２上に安全バルブ（relief valve）１０２が提供される。該安全バルブ１０２は、該内部３０が該しきい値圧力に到達するか、又は操作者によりそうするよう制御されて及び／又は手動で引き起こされるか、何れかの時に、開きそして圧縮可能な媒体３２を該第２ポート１００から出させるよう構成されてもよい。図５参照。
【００１９】
支援シリンダー１８の１つのバージョンでは、該内部３０は約１２．７ｃｍ（約５インチ）と約２９．２１ｃｍ（約１１．５インチ）の間の内径を有する。他のバージョンでは、該内径は約２５．４ｃｍ（約１０インチ）である。なお他のバージョンでは、該内径は約１６．５１ｃｍ（約６．５インチ）である。
【００２０】
中に室５０を有する支援シリンダー１８のロッド３８の１つのバージョンでは、該室は約５．０８ｃｍ（約２インチ）と約１５．２４ｃｍ（約６インチ）の間の内径を有する。他のバージョンでは、該室の内径は約１１．４３ｃｍ（約４．５インチ）である。
【００２１】
該支援シリンダー１８の行程（stroke）は該液圧回路１２の液圧シリンダー１４の行程に対し両立可能に構成されるべきである。１つのバージョンでは、完全な引き込みから完全な延びまで（from full retraction to full extension）の該支援シリンダー１８の行程は決して実現せず、何故ならば動作中該液圧シリンダー１８の行程は、該支援シリンダーの完全な引き込み及び完全な延びの前に完全に延ばされるか引き込まれるからである。他のバージョンでは、該支援シリンダーの行程は約８８．９ｃｍ（３５インチ）と約１７７．８ｃｍ（７０インチ）の間にある。なお他の実施例では、該支援シリンダーの行程は約１２４．４６ｃｍ（約４９インチ）である。
【００２２】
１つのバージョンでは、該支援シリンダー１８の第１及び第２端部２６，２８及び／又は該液圧回路１２の液圧シリンダー１４の上部及び下部端部５８，６０はこれらの端部を該ブーム２０及びブームサポート２２に旋回心軸での回転式に取り付けるアイ（eyes）１０４を有する。他のバージョンでは、各アイ１０４はベアリング１０６を有する。なお他のバージョンでは、各ベアリング１０６は直径で約５．０８ｃｍ（約２インチ）と約１５．２４ｃｍ（約６インチ）の間の寸法を有する該ブーム２０又はブームサポート２２からのピン１０８を受けるよう構成される。
【００２３】
液圧回路１２による該ブーム２０の下降で引き起こされる支援ロッド３８の引き込みの結果として該内部３０内に形成される圧力の量は、該ブームの上昇と、該上昇を行うことでの該液圧回路による追加エネルギーのより少ない支出要求（requiring less expense of additional energy）と、を支援するのに充分であるべきである。１実施例では、該支援シリンダー１８内に発生されるポテンシャルエネルギー（potential energy）の最大量は、約８８、９６０Ｎ（約２０、０００ポンド）の力と約３１１、３６０Ｎ（約７０、０００ポンド）の力の間の大きさがある力を該支援シリンダーを通して該ブーム２０に印加するよう使われる運動エネルギーに変換可能である。
【００２４】
本発明のなおもう１つのバージョン１１０では、ブーム支援機構１１４は、掘削機のブームとフレームの間に配置された液圧シリンダー１４０と、支援シリンダー１４０用アキュムレーター（accumulator）１４２と、を有する。シリンダー１４０は該ブーム１１２と該ブームサポート構造のメインボデイとの間に結合され、該ブームを上昇及び下降させる主ブームリフトシリンダー（primary boom lift cylinder）１４と協力して作動するよう配置される。
【００２５】
図７及び８で示されるピストンの様な移動壁（moving wall）１４４が該アキュムレーター１４２内に配置され、該アキュムレーターの内部をそれぞれ第１及び第２室１４６，１４８に分離するが、該室は、該移動壁１４４の位置の変化と共に、長さが、そして従って容積が変わる。
【００２６】
液圧ライン１５０はシリンダー１４０と該アキュムレーター１４２の室１４６との間に配置され、該室１４６と該シリンダー１４０を流体的連通関係に置く。液圧ライン１５２がライン１５０と液圧流体貯蔵タンク（hydraulic fluid storage tank）１５４との間に接続されるが、該タンクは大抵の場合、該ブーム２０と共に使われる他の液圧式で動作するデバイスに液圧流体を供給する現在の液圧流体リザーバー（hydraulic fluid reservoir）とすることが出来る。かくして本ブーム支援機構はアドオンデバイス（add-on device）であり、現在の液圧回路で機能する。ライン１５２は、支援シリンダー１４０及びアキュムレーター１４２用に中断されない流体供給（uninterrupted fluid supply）が利用可能となるように、該リザーバーの最低動作流体レベルの下で貯蔵タンク１５４に接続されるべきである。ライン１５２は、もしその上流及び下流圧力の差圧がそのチェックバルブを開くに充分な程大きい場合、該タンクからライン１５０への流体流れを可能にするチェックバルブ１５６を有している。安全バルブ（relief valve）１６０を有する戻りライン１５８が中に配置され、該チェックバルブ１５６の相対する側の位置間に延びているが、それは、もしライン１５０が過装入（overcharged）の場合、タンク１５４への戻り流れ用該チェックバルブ１５６を過ぎるためである。ライン１５０及びシリンダー１４０の液圧がモニターされ得るよう適当な液圧ゲージ１６２が液圧ライン１６４によりライン１５０に接続されてもよい。液圧流体はシリンダー１４０及び室１４６間でライン１５０を通って流れる。室１４８は媒体を有し、該媒体は、図７及び８に示す様に室１４６の液圧流体がピストン１４４を右へ動かすと圧縮される。室１４８内で使用するための適当な媒体は上記説明の様な乾燥窒素又はもう１つの非爆発性ガス（non-explosive gas）である。圧力ゲージ１６６が、該アキュムレーター内のガス圧力をモニターするために圧力ライン１６８によりアキュムレーター１４２の室１４８に接続されてもよい。液圧ライン１７０がポンプ１２３とホイストバルブ（hoist valve）の間の現在の液圧ラインにライン１５０を接続し、シャットオフバルブ（shutoff valve）１７２を有している。
【００２７】
本発明のブーム支援機構の使用と動作のために、該支援シリンダー１８，１４０が該機械のブームとフレームとの間で該機械に取り付けられる。該支援シリンダー１８、１４０の精確な位置、直径そして行程は、該ブームのリフト動作（lifting the boom）での適切で一貫した支援を保持するために、該アキュムレーター１４２の圧力及び容量と協力するよう選択されねばならない。従って、該シリンダー１４０及びアキュムレーター１４２の両者の寸法、位置及び行程は本発明の応用により変化するであろう。更に、該支援シリンダー１４０の配置は主ブームリフトシリンダー（primary boom lift cylinder）１４と協力的に動作するよう選択されねばならない。本発明の該支援機構のより効率的動作のために複数のブーム支援シリンダー１８，１４０及びアキュムレーター１４２を提供することが幾つかの応用では有利である。液圧ライン１５２はタンクの最低流体動作レベルの下でタンク１５４に接続され、液圧流体はタンク１５４からシリンダー１４０，室１４６内の液圧ライン１５０へ、主としてポンプ１２３からライン１７０を通して印加される。室１４８は適当な量のガスで予め装入されているので、ブームがその最大上昇より低い該ブーム２０の何れかの位置用に動かされた時、該室１４８内の該ガスは該ブームに補間的リフト力（supplemental lifting force）を印加する。安全の目的で、その機構が使用しない時本機構からの圧力を解除することが望ましく、シャットオフバルブ（shutoff valve）が提供される。シャットオフバルブ７２が開くと、シリンダー１４０，ライン１５０そして室１４６内の圧力はライン１７０を通してタンク１５４へ放圧される。ピストン１４４が該ガスからの圧力下で図７及び８で示して左へ動くことで室１４８の圧力は該予め装入された圧力（pre-charge pressure ）まで減少する。
【００２８】
該ブームが使われるべき時、シャットオフバルブ１７２は開かれ、ライン１５０の圧力は該ブームの動作が始まる時該機械の液圧システムにより急速に回復する。該ブームが初めて上昇する時、該ブーム２０の上昇は主として該機械の液圧システムにより行われる。該ブーム２０が上げられる時シリンダー１４０のシャフトは該シリンダー１４０から益々外方へ延びるが、しかしながら、室１４８が装入される圧力はピストン１４４を位置的に保持するので、室１４６は比較的小さく、室１４８は比較的大きい。バルブ１７２は開いた儘置かれ、ポンプ２３は、ライン１５０の液圧圧力が室１４８の予め装入された圧力と実質的に同じになるまで動作する。次いでバルブ１７２は閉じる。ブームが図８に示す様に下降すると、支援シリンダー１４０のシャフトは該シリンダーの中へ動かされ、液圧流体が該シリンダーから該アキュムレーター１４２の室１４６へ流れる。ピストン１４４はガス収容室１４８の方向へ動かされそれにより室１４８の寸法を減じ、更に中のガスを圧縮する。
【００２９】
該支援システムの圧力は該ブームを単独で上昇させるには充分でないが、しかしながら、該加圧ガスにより該シリンダー１４０を通してブーム２０に作用するリフトは、該ブーム２０を上昇させるために該主リフトシリンダー１４０から要求される作動力を減じる。主ブームシリンダー１４０が該ブーム２０を上昇させるよう動作する時、該圧縮されたガスはブーム２０を上昇させることで該主シリンダー１４０を支援する。室１４８内の圧縮されたガスはピストン１４４を図８に示す左へ強制するが、それは支援シリンダー１４０の動作を通してブーム２０を上方へ強制する効果を有する。かくして該ブーム２０を上昇させるために要するエネルギーの大部分は該加圧ガスにより供給され、該ガスの加圧は、該圧縮されたガスが、該ブーム２０下降時の既支出運動エネルギーの前の廃物（waste）により更に圧縮されることで、何等追加エネルギー支出を要しない。該ブーム２０の下降は該ピストン１４４を動かし、それにより該ガスを圧縮し、該ガスは次いで該ブームが再び上昇させられる時該主シリンダー１４を出る。
【００３０】
上昇した質量内にあるポテンシャルエネルギーは該ブーム２０が下降させられる時運動エネルギーに変換されるが、支援シリンダー１４０の圧縮ガス内に蓄えられるポテンシャルエネルギーとして、本機構により特に再取り込みされる。該ブーム２０を上昇させるのに要する全エネルギーは本機構を有しても、有さなくても同じに留まる。しかしながら、該ブーム支援機構が使われる時、該ブームを上昇させるため要する全エネルギーの１部は該支援シリンダー１４０の該圧縮ガスにより供給される。かくして、前のリフトサイクル中に該システムに持ち込まれるエネルギーは、該ブーム２０が下降させられる時該ガスを更に圧縮するため使われる。従って、次のサイクル部分で該ブームを上昇させるのに要する全エネルギーの１部分は、支援シリンダー１４０内に該圧縮ガスにより取り込まれた前のリフトサイクルにより供給される。結果として、本機構は該主液圧シリンダー１４０に該被負荷ブーム２０により作用する反対作用の圧力（counteracting pressure）を減じるが、それは該ガスが該ブーム２０が下降させられる時支出される運動エネルギーにより圧縮されるからである。
【００３１】
液圧圧力が放圧（relieved）された後該バルブ１７２が閉じている間にもし該ブーム２０が上昇させられるならば、チェックバルブ１５６は開き、埋め合わせ流体（make up fluid）がタンク１５４から流れるであろう。もしライン１５０，シリンダー１４０そして室１４６が過大に加圧（over pressurized）されるなら、幾らかの流体を該タンクへ放圧するよう安全バルブ１５６が開くであろう。従って、ライン１５２及び１５８とバルブ１５６及び１６０は安全目的で提供される。
【００３２】
該ポンプを動作させるエンジンの様な本発明の機構の種々の部品に提供される支援の結果として、該主液圧シリンダー１４は最大出力より少な目に運転され、実質的なコスト節約と燃料消費節約に帰着する様なより小さい容量で提供されてもよい。本ブーム支援機構により提供される支援はブーム２０をより速く上昇させ、かくしてブーム操作の各サイクルに要する時間を減じ、該ブームの生産性（productivity）を高める。
【００３３】
ここで幾つかの実施例が開示されたが、示され、説明された実施例と変更品は単に本発明の原理を図解するものであり、種々の変型品が当業者により実施され得るがそれらは本発明及びここに付属する請求項の範囲及び精神から離れるものではないことは理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】２構造部材間に結合された支援シリンダーにより支援された液圧回路を有するシステムの１バージョンの部分側面図である。
【図２】本発明の１バージョンの支援シリンダーの部分側面図である。
【図３】本発明の支援シリンダーのもう１つのバージョンの断面図である。
【図４】本システムにより使われてもよい液圧回路の１バージョンの平面図である。
【図５】補助膨張タンクと、該タンクに該支援シリンダーを結合する回路と、を有する支援シリンダーのバージョンの線図である。
【図６】掘削機械により使われるシステムの１バージョンの側面図である。
【図７】上昇位置のブームを示す本発明の液圧回路のなおもう１つのバージョンの部分側面線図である。
【図８】降下位置のブームを示す図７のバージョンの部分側面線図である。
【符号の説明】
【００３５】
１０  システム
１２  液圧回路
１４  液圧シリンダー
１６  構造部材
１８  支援シリンダー
２０  ブーム
２２  サポート
２４  旋回心
２６  第１端部
２８  第２端部
３０  内部
３２  媒体
３４  ピストン
３６  ピストンの周辺
３８  ロッド
４０  ピストンの１つの側
４２  出口端部
４４  ロッドの遠位の端部
４６  閉じた端部
４８  動的室
５０  室
５２  ベント
５４  ピストンの中間部分
５６  規定された空間
５８  上部端部
６０  下部端部
６２  液圧流体リザーバー
６４  液圧流体ポンプ
６６  液圧ライン
６８  シリンダー室
７０  ピストン
７２  ロッド
７４  ピストンの１つの側
７６  出口端部
７８  遠位の端部
８０  閉じた端部
８２  第１動的内部部分
８４  第２動的内部部分
８６  液圧流体
８８  補助膨張タンク
９０  装入ライン
９２  放圧ライン
９４  第１ポート
９６  ポンプ
９８  チェックバルブ
１００  第２ポート
１０２  安全バルブ
１０４  アイ
１０６  ベアリング
１０８  ピン
１１０  １つのバージョン
１１２  ブーム
１２３  ポンプ
１４０  液圧シリンダー又は支援シリンダー
１４２  支援シリンダー用アキュムレーター
１４４  移動壁
１４６  第１室
１４８  第２室
１５０、１５２  液圧ライン
１５４  液圧流体貯蔵タンク
１５６  チェックバルブ
１５８  戻りライン
１６０  安全バルブ
１６２  液圧ゲージ
１６４  液圧ライン
１６６  圧力ゲージ
１６８  圧力ライン
１７０  液圧ライン
１７２  シャットオフバルブ
【図１】
2006322480.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年5月25日(2005.5.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は機械の構造部材又はブーム（a structural member or a boom of a machine） を動かすための新しい、改良型の支援された油圧システム（new and improved assisted hydraulic system）に関する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
油圧で動作するブームや他の構造部材（Hydraulically operated booms and other structural members）は、例えば、掘削機械（excavators）、バックホー（back hoes）等の様な多くの機械で使われる。動作サイクル（work cycle）中該部材を上げ及び下げるために、該機械のブームとボデイの間に油圧シリンダー又は複数油圧シリンダーを提供することは公知である。他の機械はなお他の構造部材を有するが、該構造部材は、該構造部材間の運動を提供するために、油圧シリンダーを使って相互に対し動くよう作られている。
これらの構造部材の１つは、該部材が重負荷を担わされて動かねばならぬことは普通に起こる。例えば、掘削機械を動作させる時、該ブームは、該ブームの遠位の端部（distal end）のバケット（bucket）又はショベル（shovel）が土で充たされて、上げ（raised）られねばならない。重負荷の構造部材を上げることは実質的量の動力（substantial amounts of power）を要する。該油圧シリンダーは該機械のエンジンにより動力を与えられた油圧ポンプから汲み上げられる油圧流体（hydraulic fluid）で動作させられる。普通、該機械のエンジン又は他の主要動力源は、フルに負荷を負った時、該ブームを上げるよう該シリンダー又は複数シリンダーを動作させるために充分な行程容積（displacement）の油圧流体を供給するよう該油圧ポンプを動作させるためにピーク出力レベルで動作せねばならず、実質的な量の燃料が該機械により消費される結果を伴う。
加えて、負荷を担う時、構造部材を上げる動作は、例え該ポンプに動力を与える該機械と該油圧ポンプとが最大出力で動作している時でも、極めてゆっくり行われてもよい。該機械が掘削の様な作業機能（work function）を行うため使われ、該ブームが繰り返しそして頻繁に上げ下げされる時、該ブームを上げるのに費やされる時間の合計量は、該掘削を行うため要する合計消費時間の実質的部分を含んでいる。該ブームが上げられる各回に、該ブームを上げるために要する時間の何等かの相当程度の減少（any significant reduction）は、該機械の合計して１日の作業時間に亘り計算すると、該機械の生産性（productivity）を実質的に増加させ得る。
加えて、もし最大よりも少ない出力で動作する該油圧ポンプ及び動力源を用いて該ブームを上げるための加速されたテンポ（tempo）がもたらされるなら、燃料消費の実質的減少が実現され得る。
従って、構造部材を動かすための新しい、改良型の支援された油圧システムを提供することは非常に望ましい。又該機械が高出力レベルで動作している時、より少ない燃料を消費する新しい、改良型の支援された油圧システムを提供することも非常に望ましい。又構造部材をより速く、実質的により短い時間で、動かすことに帰着し、作業機能を完了するのに要する合計時間が最小化され得ることをもたらす、新しい、改良型の支援された油圧システムを提供することは非常に望ましい。又該機械の生産性を実質的に高め得る新しい、改良型の支援された油圧システムを提供することは望ましい。又該機械が最大より少ない出力で動作する支援された油圧システムを提供することは非常に望ましい。移動部材を下げる時のエネルギーの１部分をポテンシャルエネルギー（potential energy）として貯蔵するが、該エネルギーは該部材を上げるのに使われ得て、それにより各運動用に要する新エネルギーの量を減じる仕方で該貯蔵する様な、支援された油圧システムを提供することは非常に望ましい。
従って本発明の目的は、部材を動かすことでの機械の燃料消費を減じる油圧動作部材（hydraulically operated members）用の新しい、改良型の構造部材支援機構（structural member assist mechanism）を提供することである。
又本発明の目的は、該部材を上げ、下げする（raising and lowering）に要する時間を減じる油圧動作部材用の新しい、改良型構造部材支援機構を提供することである。
又本発明の目的は、該部材が下げられる時、そのポテンシャルエネルギーを、次のサイクル時該部材を上げるのに役立つよう有用な形で貯蔵する、油圧動作部材用の、新しい、改良型の構造部材支援機構を提供することである。
又本発明の目的は、該機械の実質的変型無しに、油圧システムを有する現在の機械に付加されてもよい上記説明の様な新しい、改良型の構造部材支援機構を提供することである。
本発明のなおもう１つの目的は、該機械の生産性を相当程度向上させる油圧動作部材用の新しい、改良型の構造部材支援システムを提供することである。
本発明のなおもう１つの目的は、負荷を担う時でも、最大よりも少ない出力で動作する油圧システムの油圧ポンプと動力源を用いて、該部材が上げられることを可能にする油圧動作部材用の新しい、改良型の支援された油圧システムを提供することである。
本発明のなおもう１つの目的は、本発明の上記識別された目的の多数又は全てを達成する油圧動作部材用の新しい、改良型の支援された油圧システムを提供することである。
本発明の更に進んだ目的と利点は下記の詳細説明と同伴する図面から明らかに成るであろう。