(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１及び第２フレーム部材（12,14）に連結された少なくとも一つの流体アクチュエータ（28）の移動に応じて、互いに回動可能に取り付けられた第１及び第２フレーム部材（12,14）を有する関節連結機械（10）に使用するのに適した操向システムであって、
第１フレーム部材（12）上に回転可能に取り付けられた操向制御部材（22）と；
第２フレーム部材（14）上に取り付けられ、操向制御部材（22）が回転すると流体アクチュエータ（28）の動きを選択的に制御する為に第１及び第２状態のいずれか一つに作動可能な制御弁（36）と；
操向制御部材（22）に連結された第１端部部分（90）と、制御弁（36）に連結された第2端部部分（92）とを有するシャフトアセンブリ（88）とを具備し；
前記シャフトアセンブリ（88）は端部部分（90,92）の間に配置された一対の定速Ｕジョイント（94,96）を有しており、前記第１及び第２フレーム部材（12,14）が互いに移動すると二つのフレーム部材（12,14）の間の角度変更を収容するように適合し、シャフトアセンブリ（88）の第１及び第２端部部分（90,92）の間の回転比を約１：１に維持する操向システム。
【請求項２】
操向制御部材（22）は操向輪である請求項１記載の操向システム。
【請求項３】
制御弁（36）は加圧流体を操向弁（40）に供給して流体アクチュエータ（28）の動きを制御するパイロット弁である請求項１記載の操向システム。
【請求項４】
パイロット弁（36）は操向制御部材（22）の第１所定範囲の回転に応じて、操向弁（40）に連通している加圧流体の出力が第１所定領域（Ｒ１）の圧力に維持される第１状態と、操向制御部材（22）の第２所定範囲の回転に応じて、操向弁（40）に連通している加圧流体の出力が第２所定領域（Ｒ２）の圧力に維持される第２状態で作動し、前記第２領域（Ｒ２）の圧力は前記第１領域（Ｒ１）の圧力よりも大きく、圧力の上昇率も大きい請求項３記載の操向システム。
【請求項５】
パイロット弁（36）はカム部分（74）を有する回転アクチュエータ（42）と、カム部分（74）に係合するように位置付けされている直線アクチュエータ（48）を含んでおり、操向弁（40）に差し向けられる加圧流体の量を制御するように適合している請求項４記載の操向システム。
【請求項６】
カム部分（74）は中央部分（76）と、中央部分（76）の両側の第１作動表面（78）と、第１作動表面（78）に隣接して中央部分（76）の反対側に配置された第２作動表面（80）とを画成しており、前記直線アクチュエータ（48）が第１作動表面（78）のいずれかに係合するとパイロット弁（36）を第１状態で作動させ、直線アクチュエータ（48）が第２作動表面（80）のいずれかに係合するとパイロット弁（36）を第２状態で作動させる請求項５記載の操向システム。
【請求項７】
第１及び第２作動表面（78,80）は中央部分（76）から概略水平面内で伸長し、前記第１作動表面（78）は第１所定半径で画成されており、前記第２作動表面（80）は第１作動表面（78）の半径よりも小さな第２所定半径で画成されて第１作動表面（78）の曲率よりも大きな曲率を有する表面を形成する請求項６記載の操向システム。
【請求項８】
関節連結機械（10）の操向システムであって、
第１フレーム部材（12）と；
該第１フレーム部材（12）と相対運動可能なように該第１フレーム部材に回動可能に取り付けられた第２フレーム部材（14）と；
第１及び第２フレーム部材（12,14）の間に連結され、フレーム部材（12,14）の間に相対運動を引き起こして機械（10）の操向を提供する少なくとも一つの流体アクチュエータ（28）と；
第１フレーム部材（12）上に回転可能に取り付けられた操向輪（22）と；
第１及び第２端部部分（90,92）を有し、該第1端部部分（90）が操向輪（22）に連結されたシャフトアセンブリ（88）と；
シャフトアセンブリ（88）の前記第１及び第２端部部分（90,92）の間に離間関係で配置された一対の定速Ｕジョイント（94,96）と；
シャフトアセンブリ（88）の第２端部部分（92）に連結可能なように適合した回転アクチュエータ（42）を有し、第２フレーム部材（14）上に取り付けられた制御弁（36）とを具備し；
前記制御弁（36）は、第１所定回転範囲内の操向輪（22）の最初の回転に応じて、加圧流体が第１所定領域（Ｒ１）の圧力で流体アクチュエータ（28）に連通する第１状態と、第２所定回転範囲内の操向輪（22）の最初の回転に応じて、加圧流体が第２所定領域（Ｒ２）の圧力で流体アクチュエータ（28）に連通する第２状態で作動可能であり、前記第２状態の第２所定領域（Ｒ２）の圧力は前記第１状態の第１所定領域（Ｒ１）の圧力と相違することを特徴とする操向システム。
【請求項９】
一対の定速Ｕジョイント（94,96）の内一方（94）はシャフトアセンブリ（88）の第１端部部分（90）により操向輪（22）に連結されており、一対の定速Ｕジョイント（94,96）の内他方（96）は回転アクチュエータ（42）に連結されており、前記シャフトアセンブリ（88）は第１及び第２フレーム部材（12,14）の間の相対運動の全領域に渡り、操向輪（22）の回転量に実質上等しい回転アクチュエータ（42）の回転量に転換するように適合している請求項８記載の操向システム。
【請求項１０】
回転アクチュエータ（42）は加圧流体が流体アクチュエータ（28）に連通されない中立位置を有しており、前記回転アクチュエータ（42）は操向輪（22）の回転入力の結果中立位置から離れる方向に移動して加圧流体を流体アクチュエータ（28）に連通して第２フレーム部材（14）を第１フレーム部材（12）に対して移動し、第１フレーム部材（12）に対する第２フレーム部材（14）の移動が回転アクチュエータ（42）を前記操向輪（22）の回転入力と反対方向の中立位置方向に回転して、流体アクチュエータ（28）への流体の流れを徐々に減少し、操向輪（22）の付加的な回転がない状態で、第１及び第２フレーム部材（12,14）の間の関節角が操向輪（22）の回転角に実質上等しくなったときに流体アクチュエータ（28）への流体の流れを最終的に除去する請求項８記載の操向システム。
【請求項１１】
制御弁（36）は加圧流体を操向弁（40）に連通させて流体アクチュエータ（28）の作動を制御するパイロット弁である請求項８記載の操向システム。
【請求項１２】
回転アクチュエータ（42）は、回転アクチュエータ（42）の中立位置を画成する中央部分（76）と、中央部分（76）の両側に隣接して配置された一対の第１作動表面（78）と、第１作動表面（78）に隣接して中央部分（76）の反対側に配置された一対の第２作動表面（80）を有するカム（74）を含んでいる請求項１１記載の操向システム。
【請求項１３】
パイロット弁（36）は、操向弁（40）に連通する圧力の量を制御するために、カム部分（74）に係合するように適合した第１端部部分（84）と、圧力調整弁（44）に係合するように適合した第２端部部分（86）を有するアクチュエータ（48）を含んでいる請求項１２記載の操向システム。
【請求項１４】
前記アクチュエータ（48）は回転アクチュエータ（42）がその中立位置のときにはカム部分（74）の中央部分（76）に係合し、制御弁（36）が第１状態で作動されるときには第１作動表面（78）に係合し、制御弁（36）が第２状態で作動されるときには第２作動表面（80）に係合する請求項１２記載の操向システム。
【請求項１５】
制御弁（36）の第１作動状態では、約０〜１３度の回転角である操向輪（22）の第１所定範囲の回転の間制御弁（36）と操向弁（40）の間でパイロット圧力は約０〜８５０ｋＰａの圧力領域（Ｒ１）で連通され、制御弁（36）が第２状態のときには、約１４〜３５度の回転角である操向輪（22）の第２所定範囲の回転の間制御弁（36）と操向弁（40）の間で約８５０〜１９２５ｋＰａの圧力領域（Ｒ２）のパイロット圧力が連通される請求項１１記載の操向システム。
【請求項１６】
制御弁（36）と操向弁（40）の間で連通される流体圧力の増加率は、操向輪（22）の第１回転範囲の回転の間は約８５０ｋＰａであり、操向輪（22）の第２回転範囲の回転の間は約１０７５ｋＰａである請求項１５記載の操向システム。
【請求項１７】
関節連結機械（10）の操向システムであって、
第１フレーム部材（12）と；
第１フレーム部材（12）と相対運動可能なように第１フレーム部材（12）に回動可能に取り付けられた第２フレーム部材（14）と；
第１及び第２フレーム部材（12,14）の間に連結され、フレーム部材（12,14）の間に相対運動を引き起こすように移動して機械（10）の操向を提供する少なくとも一つの流体アクチュエータ（28）と；
第１フレーム部材（12）上に取り付けられた回転可能な操向輪（22）と；
回転アクチュエータ（42）を有し、加圧流体が第1領域（Ｒ１）の圧力で流体アクチュエータ（28）に連通する第１状態と、加圧流体が第１領域（Ｒ１）より大きな第２領域（Ｒ２）の圧力で流体アクチュエータ（28）に連通する第２状態で作動可能な、第２フレーム部材（14）上に取り付けられた制御弁（36）と；
操向輪（22）と第１定速Ｕジョイント（94）の間に連結された第１部分（90）と、第２定速Ｕジョイント（96）により制御弁（36）の回転アクチュエータ（42）に連結された第２部分（92）を有するシャフトアセンブリ（88）とを具備し；
前記シャフトアセンブリ（88）は、操向輪（22）の回転量が回転アクチュエータ（42）の回転量に実質上等しいように操向輪（22）の回転を回転アクチュエータ（42）の回転に転換するように作動可能である操向システム。
【請求項１８】
第１フレーム部材（12）及び第２フレーム部材（14）は実質上垂直に展開した軸（15）回りに互いに回動可能である請求項１７記載の操向システム。
【請求項１９】
一対の流体アクチュエータ（28）が第１及び第２フレーム部材（12,14）の間に連結され、軸（15）の両側に配置されている請求項１８記載の操向システム。
【請求項２０】
制御弁（36）は加圧流体を操向弁（40）に供給して流体アクチュエータ（28）の動きを制御するパイロット弁であり、制御弁（36）と操向弁（40）の間で連通している流体の圧力は、制御弁（36）の第１状態の作動の間は約０〜８５０ｋＰａの間で増加し、制御弁（32）の第２状態の作動の間は約８５０〜１９２５ｋＰａの間で増加する請求項１７記載の操向システム。
【請求項２１】
第１定速Ｕジョイント（94）は回動軸（15）から所定距離離れた第１フレーム部材（12）上に配置されており、第２定速Ｕジョイント（96）は第２フレーム（94）が第１フレーム（12）に対して回転するにつれて変化する距離回動軸（15）から離間して第２フレーム部材（14）上に取り付けられた制御弁（36）に隣接して配置されており、前記第１及び第２定速Ｕジョイント（94,96）は、第１及び第２フレーム部材（12,14）の間の相対運動に応じて、第２定速Ｕジョイント（96）の第１定速Ｕジョイント（94）に接離する方向の動きを収容する入れ子式のシャフトアセンブリ（88）の部分（98）により連結されている請求項18記載の操向システム。
【請求項２２】
第１及び第２定速Ｕジョイント（94,96）は二重カルダンＵジョイントである請求項21記載の操向システム。
【請求項２３】
前記第２状態の第２所定領域（Ｒ２）の圧力及び圧力上昇率は前記第１状態の第１所定領域（Ｒ１）の圧力及び圧力上昇率よりも大きい請求項８記載の操向システム。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は一般的に関節連結機械の操向システムに関し、特に、操向輪に機械的フィードバックを提供する操向システムに関する。
背景技術
関節連結機械の作動においては、関節連結点の両側で機械のフロントフレーム及びリアフレームの間に連結された一対の油圧シリンダーを含んだ操向機構（ステアリング機構）を使用するのが一般的である。操向を達成するために、操向シリンダが選択的に作動され、一方の操向シリンダを伸長し他方を縮めてフロントフレームをリアフレームに対して回動する。
操向シリンダへの加圧流体の制御は幾つかの異なる方法により達成される。多くの操向システムは、操向輪に連結され操向輪の回転に応じて操向シリンダに流体を供給する手計量ユニット（ＨＭＵ）を利用している。この操向システムは有効に働くことが知られているが、オペレーターに過度の制御を要求するホイールローダのような機械を作動するときにはオペレータが疲労し易くなることが知られている。
このシステムを改良する試みとして、操向輪以外の例えばハンドル及びレバーの操向制御と一体化された電子制御を付加することがある。これはオペレーターの疲労を減少させるばかりでなく、他の機械機能例えばトランスミッションの制御をレバーに組み込むことができる。このタイプの制御は、物質を一つの位置から他の位置に移動するための、しばしば物質を隣接するトラックに詰め込むために利用される例えばホイールローダのような機械の作動に採用されている。このタイプの制御はトラック積載作業のような作業には非常によく合っているが、通常“搬送”として知られている物質を一つの場所から他の場所に移動するときには幾つかの小さな欠点を発揮することが知られている。
関節連結操向システムの他の改良点は、電子トランスミッション制御を比較的小さなレンジ（領域）を回転する操向輪に組み込んだことであり、これによりトランスミッションの制御は操向輪と一体化される。操向輪は、操向輪が取り付けられているリアフレームに対して関節運動可能なフロントフレームに取り付けられた油圧制御弁に連結されている。操向輪と制御弁との間の連結は、各フレームが関節運動をすると制御弁の機械的モジュレーション（調整）を生成するために、互いに特定な位相関係で位置付けされた一対のＵジョイント（継手）を利用している。これによりオペレータは機械が操向されると機械的なフィードバックを受けることになる。加うるに、機械の反応は、中立位置からの操向輪の最初の移動は機械が関節運動しているときに経験するよりも制御弁の位置での反応は小さなものになるというものである。これは、“運搬”作業中により小さなジャーキイ（がたがた動くこと）を提供し、トラック積載作業中にはより小さな量の操向輪の回転で反応し易い操向システムを提供するものとして知られている。これは大型のホイールローダの操作には非常な成功を収めているが、この機械的モジュレーションはハイウェイ上を高速で走行するより小さなホイールローダのオペレータにはそれほど効果的な或いは乗り心地の良いものではない。
本発明は上述した問題の一つ或いはそれ以上を克服せんとするものである。
発明の開示
本発明の１つの側面においては、操向システムは関節連結機械に使用するのに適合している。機械は、第１及び第２フレーム部材の間に連結された少なくとも一つの流体アクチュエータの動きに応じて、互いに回動運動をするように取り付けられた第１及び第２フレーム部材を有している。操向システムは第１フレーム部材上に回転可能に取り付けられた操向制御部材を含んでいる。制御弁が第２フレーム部材上に取り付けられていて、流体アクチュエータの動きを選択的に制御するために操向制御部材を回転すると、第１及び第２状態のいずれか一つで作動可能である。操向制御部材に連結された第１端部部分及び制御弁に連結された第２端部部分を有するシャフトアセンブリが含まれている。シャフトアセンブリは端部部分の間に配置された一対の定速Ｕジョイントを有している。Ｕジョイントは、二つのフレーム部材が相互に移動するときフレーム部材の間の角度の変更を収容するように適合している。この角度変更の間、シャフトアセンブリの第１及び第２端部部分の間の約１：１の回転比が維持される。
本発明の他の側面においては、第１フレーム部材と、相対運動の為に第１フレーム部材に回動可能に取り付けられた第２フレーム部材を含んだ関節連結機械の操向システムが提供される。少なくとも一つの流体アクチュエータが第１フレーム部材と第２フレーム部材の間に連結されており、機械の操向を提供するためにフレーム部材の間の相対運動を引き起こすように移動可能である。操向輪が第１フレーム部材上に回転可能に取り付けられている。第１及び第２端部部分を有するシャフトアセンブリが設けられており、操向輪は第１端部部分上に取り付けられている。一対の定速Ｕジョイントがシャフトアセンブリの第１及び第２端部部分の間に離間した関係で配置されている。制御弁が、シャフトアセンブリの第２端部部分に連結されるように適合した回転アクチュエータを有する第２フレーム部材上に取り付けられている。操向輪の第１所定回転範囲の回転に応じて制御弁は第１状態に移動され、第１所定モード下で加圧流体が流体アクチュエータに連通される。操向輪の第２所定回転範囲の回転に応じて制御弁は第２状態に移動され、第２所定モード下で加圧流体が流体アクチュエータに連通される。
本発明のさらに他の側面においては、互いに相対運動可能なように回動可能に取り付けられた第１及び第２フレーム部材を含んだ関節連結機械の操向システムが提供される。少なくとも一つの流体アクチュエータが第１フレーム部材と第２フレーム部材の間に連結されていて、機械の操向を提供するためにフレーム部材の間に相対運動を引き起こすように移動可能である。操向輪が第１フレーム部材に取り付けられており、制御弁が第２フレーム部材に取り付けられている。制御弁は回転アクチュエータを有しており、第１及び第２状態のいずれかに移動可能である。第１状態では、加圧流体が第１圧力範囲で流体アクチュエータに連通される。第２状態では加圧流体が第１圧力範囲よりも大きい第２圧力範囲で流体アクチュエータに連通される。第１定速Ｕジョイントにより操向輪に連結された第１端部部分と、第２定速Ｕジョイントにより制御弁の回転アクチュエータに連結された第２端部部分を有するシャフトアセンブリが設けられている。シャフトアセンブリは操向輪の回転量が実質上回転アクチュエータの回転量に等しくなるように、操向輪の回転を回転アクチュエータの回転に変換するために作動される。
上述した操向システムによると、関節連結機械のフレーム部材の間に伸長する流体アクチュエータは、その最大位置の間で比較的小さな全体回転量を必要とする操向輪により制御される。操向輪が制御弁を作動するように接続されているため、操向輪の最初の回転部分の間には少量の加圧流体が操向シリンダに差し向けられるように操向シリンダに供給される加圧流体が調節され、関節運動の微妙な変更が可能となる。これは比較的高速下での操作の助けとなる。或いは、操向輪を大きく回転した部分では、機械を狭い場所で負荷状態で作動しているときにより大きな動きを達成するために、増加された加圧流体の流れが操向シリンダに供給されるように制御弁が調整される。この操向システムは、機械の作動の全てのフェーズにおいて非常に汎用性があり、かつ機械のオペレータが通常経験する疲労を減少する機械の制御を最終的に提供する。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明の原理を具備した機械の概略側面図；
図２は図１に示された機械のフロントフレーム部材及びリアフレーム部材の概略斜視図であり、発明をよりはっきり示すためにフレーム部材の一部分が破断されている。
図３は本発明の制御弁の概略図；
図４は図２の４−４線に沿って断面されたシャフトアセンブリの一部分の断面図；
図５は図３で円弧５で囲まれた部分の拡大図；
図６はフロント及びリアフレーム部材の概略平面図であり、非関節運動位置における操向アセンブリの数多くの部品の位置を示している。
図７は図６に類似したフロント及びリアフレーム部材の概略平面図であり、第１の関節運動位置における操向アセンブリの数多くの部品の位置を示している。
図８はフロント及びリアフレーム部材の概略平面図であり、第２の関節運動位置における操向アセンブリの数多くの部品の位置を示している。
図９はパイロット弁の回転と制御弁から差し向けられたパイロット圧力との関係を示すグラフである。
発明を実施するための最良の態様
図面を参照すると、実質上垂直軸１５回りに互いに回動可能なように取り付けられた第１及び第２フレーム部材１２，１４を有する機械１０が示されている。第１フレーム部材、即ちリアフレーム部材は機械の両側に位置する一対の車輪１６（図１には一つが示されている）及び車輪１６の駆動を提供するエンジン（図示せず）を収容するエンジン収容体１８の支持を提供する。オペレータステーション２０はリアフレーム１２上に取り付けられており、機械を作動するために利用される複数の制御装置を収容している。これらの制御装置のうち操向輪アセンブリ２２のような操向制御部材が、通常コンソール（図示せず）により支持されており、このコンソールはオペレータステーションにより支持されている。
第２フレーム部材、即ちフロントフレーム部材１４は機械の両側に位置する一対の車輪２４（図１では一つが示されている）を支持している。図面には特に示されていないが、図１に示されているようなホイールローダのような機械は、通常エンジンから前輪２４への駆動を提供する。バケット２６のような作業機器は機械のフロントフレーム上に取り付けられており、物質を積載したり置いたりしたりするために実質上垂直面内を移動可能である。作業機器を作動するための制御装置もオペレータステーション中に設けられている。
一対の流体アクチュエータ、即ち油圧操向シリンダ２８（図示せず）が機械の長手方向に伸長する縦方向中心線２９（図６−８）の両側でフレーム部材１２と１４の間に取り付けられている。操向シリンダは縦方向中心線の両方の側でリアフレーム部材に対してフロントフレーム部材を回動するように作動されて、機械の操向を提供する。図２に最も良く示されるように、操向シリンダ２８の第１端部部分３０はリアフレーム部材１２に連結されており、第２端部部分３２はフロントフレーム部材１４に連結されている。図面には示されていないが、他の操向シリンダも機械の反対側で同様な方法で取り付けられている。
あとで詳細に説明する方法で一方の操向シリンダが伸長し他方の操向シリンダが縮むように、操向シリンダ２８への加圧流体の流れを逐次的に制御するために、一般的に符号３４で示される流体制御手段が設けられている。流体制御手段はフロントフレーム１４上に取り付けられた制御弁３６を含んでいる。本実施形態においては、制御弁３６はエンジンにより駆動されるポンプ３８から操向弁４０にパイロット圧力を差し向けるパイロット弁として示されている。操向弁４０は良く知られた方法で各操向シリンダのヘッド端部及びロッド端部から伸長する一対の管路により操向シリンダに連結されている。パイロット圧力に応じて操向弁が作動されると、メインシステムポンプ（図示せず）中の加圧流体が良く知られた方法で操向シリンダに差し向けられ、操向シリンダの逐次作動、すなわち一方のシリンダを伸ばして他方のシリンダを縮ませる。パイロットシステムが図３に概略的に示されている。
制御弁３６は回転アクチュエータ４２としての方向制御部分と、直線方向に移動可能な弁スプール４６を有する圧力調整弁４４と、回転アクチュエータ４２が中立位置からいずれかの方向に移動されたとき弁スプール４６の直線運動を機械的に与えるアクチュエータ４８を含んでいる。回転アクチュエータ４２は操向弁４０に接続された一対の制御ポート５０，５２と、タンク５６に接続されたドレインポート５４と、入力通路５８を含んでいる。回転アクチュエータ４２は制御ポート５０，５２がドレインポート５４に連通し、入力通路５８からブロックされる中立位置を有している。回転アクチュエータが図３で見て時計回り方向に移動されると、流体のパス６２を介して制御ポート５２とドレインポート５４との間の連通を維持しながら流体のパス６０を介して入力通路５８と制御ポート５０との間の連通が確立される。同様に、回転アクチュエータ４２が反時計回り方向に移動されると、流体のパス６６を介して制御ポート５０とドレインポート５４との間の連通を維持しながら流体のパス６４を介して入口通路と制御ポート５２との間の連通が確立される。
説明的な目的の為に、制御弁はパイロット圧力を操向弁に連通し、これによりシステム圧および流れを各操向シリンダに差し向けるパイロット弁として説明してきた。ここで注意すべきは、制御弁はエンジンにより駆動されるポンプと直接連通しても良く、いずれのシステムも本発明の原理を逸脱せずして採用可能である。どちらの場合にも、加圧流体の流れ（パイロット又はシステム圧）は制御弁３６中に回転可能に取り付けられた回転アクチュエータ４２により指図される。
図３及び図５を参照すると、回転アクチュエータ４２は軸７２回りに回転可能に弁ボディ７０中に伸長するシャフト６８を有しているのが示されている。カム部材７４が軸７２に沿って位置付けされており、シャフト６８と共に回転される。カム部材は、図で見て水平平面に沿って実質上伸長した複数の作動表面を画成している。カム部材７４は、図で見て軸７４の実質上真下となる中央に配置された中立部分７６を有している。第１作動表面７８が中立部分の両側に配置されており、比較的大きな所定の半径で画成されて僅かな曲率を有する第１作動表面を提供する。第２作動表面８０が各第１作動表面７８に隣接してその外側に配置されている。各第２作動表面８０は第１作動表面の半径よりも小さな第２所定半径で画成されて、第１作動表面の曲率よりもより大きな量の曲率を形成する。
アクチュエータ４８がカム部材７４の下方にカムフォロアとして配置されており、カム部材７４に係合する第１端部部分８４と、スプリング２７（図３）を介して圧力調整弁４４に係合する第２端部部分８６を有している。図示された実施形態では、アクチュエータ４８は直線的に移動し、上述したように弁スプール４６の直線運動を与える。アクチュエータがカム部材７４に接触してアクチュエータが直線方向に移動すると、アクチュエータは操向弁、よって操向シリンダ２８に差し向けられる圧力の量を制御し、流体の圧力が増加する割合を制御する。
回転アクチュエータ４２の動きは、第１端部部分９０が操向輪２２に連結され、第２端部部分９２が回転アクチュエータ４２により画成されたシャフト６８に連結されたシャフトアセンブリ８８により分け与えられる。シャフトアセンブリ８８は、シャフトアセンブリに沿って互いに離間した関係で配置された一対の定速（ＣＶ）Ｕジョイントを含んでいる。シャフトアセンブリの第１端部部分９０はオペレータステーション２０中に配置されて、操向輪２２と第１ＣＶジョイント９４との間に伸長している。シャフトアセンブリの第２端部部分９２はＣＶジョイント９６により回転アクチュエータ４２で画成されたシャフト６８に連結されている。二つのＣＶジョイント９４，９６は入れ子式の第３シャフト部分９８により相互連結されており、第２フレーム１４が第１フレーム１２に対して関節運動をすると、第１ＣＶジョイント９４方向及び第１ＣＶジョイント９４から離れる方向の第２ＣＶジョイント９６の動きを吸収する。図示された実施形態においては、二つのＣＶジョイント９４，９６は通常２０カルダンＵジョイントとして知られているタイプとして示されている。通常レッパジョイントとして知られているＣＶジョイントの他のタイプ、或いは幾つか知られているＣＶジョイントも本発明の範囲を逸脱せずして一方又は両方の位置に使用可能であることに注意すべきである。二つのＣＶジョイントの重要な機能は、フロントフレーム１４とリアフレーム１２との間の関節運動の量に拘わらず、実質上同じ量の回転を操向輪２２と回転アクチュエータ４２に分け与えることである。
産業上の利用可能性
操向システムの作動の説明は、図６に最も良く示されているように、フロントフレーム部材１４及びリアフレーム部材１２が縦方向中心線２９に沿って実質上中心に整列している状態から開始される。この位置では、操向輪によリ画成された平らな部分は概略水平方向に展開していてフロントフレーム１４の横方向部分に平行となるように示されている。これに対応して、回転アクチュエータ４２はアクチュエータ４８がカム部材７４の中央部分７６に係合する中立位置となっている。
図７を参照すると、操向輪２２が反時計回り方向に回転された状態が示されている。回転量は、操向輪の平な部分の延長線と操向輪が回転していないときの横方向の線で挟まれる角度Ａとして示されている約１０度である。操向機能を開始すると、即ち操向輪を初期回転すると、同じ量の回転がシャフトアセンブリ８８を介して回転アクチュエータ４２に移される。これによりカム７４が図３で見て反時計回り方向に同一の１０度初期回転する。この回転量はカムを第１作動表面７８に沿ってアクチュエータ４８に係合させる。この状態になると、調整弁４４が作動されて加圧流体が入口通路５８に差し向けられる。加圧流体は制御ポート５０を流れのパス６６を介してドレイン５４と連通すると同時に、流れのパス６４を介して制御ポート５２に連通される。これにより加圧流体が操向弁４０に差し向けられ、メインシステムから一つの操向シリンダ２８のヘッド端および他の操向シリンダのロッド端への流体の流れを制御して、一方の操向シリンダ２８を伸長し他方を収縮させる。
操向輪が回転の第１範囲内、即ち０〜１３度の範囲内の量（１０度）で回転されたので、制御弁３６は第１状態で作動し、圧力５５０〜８５０ｋＰａのパイロット圧を操向弁４０に差し向ける。この第１状態は操向輪が２度以上回転したとき開始され、このとき圧力は０〜５５０ｋＰａに比較的迅速に上昇する。パイロット圧力は５５０〜８５０ｋＰａの範囲内の圧力で操向弁に供給される。
操向輪の初期回転量が例えば図８で角度Ｃで示される１３度を越えた場合には、回転アクチュエータは同一量回転され、図では約２５度として示されている。この回転量においては、アクチュエータ４８は第２作動表面８０に係合するように位置付けされる。この状態では、圧力８５０〜１９２５ｋＰａの加圧流体が上述したのと同様な方法で操向弁４０に差し向けられる位置に、アクチュエータは調整弁４４を移動させる。これにより、フロントフレーム１４はリアフレーム１２に対して操向輪の回転角度２５度と実質上等しい量だけ回転される。この位置が図８で角度Ｄとして示されている。
図９に示されたグラフから明らかなように、第２領域Ｒ２の流体圧は第１領域Ｒ１の流体圧よりも大きいばかりでなく、操向輪の所定範囲の回転に対してより速い割合でその圧力が増加する。
回転アクチュエータ４２の作動についての上述した状態は、操向機能の開始当初にのみ起こる事に注意されたい。フロントフレーム１４がリアフレーム１２に対して回転すると、カム７４に対するアクチュエータ４８の位置が変更され、中立位置に戻される。これは関節連結軸１５及び操向輪２２に対する制御弁３６の位置付けの結果発生する。フロントフレーム１４が動き出すと、制御弁３６が関節連結軸１５に中心を有する円弧に沿ってフロントフレームと一緒に移動する。第１ＣＶジョイントはシャフトアセンブリ８８の第１端部部分９０に取れつけられてリアフレーム１２に固定されているので、第１ＣＶジョイントは制御弁の移動につれては回転しない。このために、フレームの関節運動が続くと二つのＣＶジョイントの間の距離が増加する。この距離の変化はシャフトアセンブリ８８の入れ子式の第３部分９８により吸収される。さらに、第２ＣＶジョイント９６と垂直軸１５との間の距離は二つのＣＶジョイント９４と９６の間の距離よりも大きいので、フロントフレームが回動運動すると二つのＣＶジョイントの間の角度関係も変更される。回転アクチュエータ４２は二つのＣＶジョイントを含んだシャフトアセンブリにより操向輪に連結されており、回転アクチュエータの作動は操向輪により指図されるので、フロントフレームが関節運動すると回転アクチュエータ４２と制御弁３６との間の相対回転が自然に発生する。回転アクチュエータと制御弁の間の界面が制御弁と固定されていない操向輪との間のただ一つの連結であるので、この相対回転は発生する。故に、これらの構成部品の間の相対回転はフロントフレームの関節運動に伴って必ず発生する。相対回転の方向は操向輪の元の回転方向と反対である。故に、フロントフレームが関節運動をすると、アクチュエータ４２はカム７４の中立位置７６に戻る方向に移動され、関節運動が引き続くと操向弁への加圧流体の量を徐々に減少させ、操向輪の位置がその当初の回転角度から変更されないと仮定すると、関節角度が操向輪の回転角度に到達すると最終的に連通を完全に遮断する。
故に、上述した操向システムに拠れば、関節連結機械は非常に汎用的の方法で制御されるのが理解される。ハイウェイ上を走行するような比較的高速で作動されているときには、操向の修正は通常比較的緩やかであり、操向輪の小さな回転を必要とする。このタイプの修正は制御弁を第１状態で作動させ、比較的スムーズで微妙な操向の修正を提供する。反対に、フレームの間の関節角度がかなり大きいトラック積載作業のときには、操向の修正には操向輪の回転の大きな角度を必要とする。その結果、制御弁はその第２状態で作動し、操向の修正は素早くなり、狭い場所で作動しているときに非常に望ましい増加されたフレームの加速を提供する。ステアリングシステムのこの側面により、機械が非常に汎用的になると同時に、操向輪の最大位置の間における回転量を非常に減少させる。この減少された回転の付加的な利益の為に、例えばトランスミッションの制御のような数多くの他の機械の制御が、もし望むならば操向輪の設計に組込まれる。機械の制御をこのように一体的に組み込むことにより、オペレータの疲労が非常に減少される。
本発明の他の側面、目的及び利益は図面、発明の詳細な説明及び添付請求の範囲を研究することにより得ることができる。
【図１】
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【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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【図９】
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