JP4419016B2 - 作業機アクチュエータ用昇降装置 - Google Patents

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Description

本発明は、オーガ、ロータリ爪、ブレードその他のアクチュエータを前方に備える作業機に設置されてアクチュエータの昇降をシリンダにより制御する作業機アクチュエータ用昇降装置に関する。
アクチュエータを前方に備える作業機の中には、地面等の起伏に応じてアクチュエータが自動に(人為的な操作をしなくても)昇降する機構を備えているものがある(特許文献1参照)。
特に、特許文献1記載の従来技術は、アクチュエータと支持装置との間に制御用シリンダを設けるとともに、制御用シリンダはメインピストンで区画されたボトム側室にフリーピストンを内装するとともに、上記メインピストンには、ロッド側室の流体がボトム側室に流れるときに減衰力を発揮する緩衝弁と、フリーピストン側からロッド側室への流通のみを許容するチェック弁とを並列に設け、しかも、上記ボトム側室及びロッド側室をポンプ等に連通させる通路に、オペレートチェック弁を備えているものである。
そして、特許文献1記載の従来技術によれば、その構成により、地面等に起伏がある場合にも、その起伏に応じて適宜アクチュエータの高さ位置を調節する手動操作が一切不要になり、それだけ位置決め作業が簡単になる。また、作業機の走行中にアクチュエータに衝撃が加わっても、メインピストンに設けた緩衝弁でそれを吸収できるので、オペレータに与える影響も少なくなるのである。
特開昭63−118408号公報
しかしながら、かかる特許文献1記載の従来技術によれば、アクチュエータが地面の起伏と干渉することによってメインピストンが伸張すると、油圧回路が閉塞されているために、油のロッド側室からボトム側室への移動が間に合わず、ボトム側室とロッド室との間の中間室が負圧になってしまうことがあった。すると、フリーピストンがメインピストン側に移動してしまい、タンクから油をシリンダ内へ吸込み、起伏を乗り越えた際に、メインピストンが元の位置まで戻らないという問題点があった。すなわち、起伏を乗り越えた際に、アクチュエータが元の位置まで復帰しないという問題点があった。
そこで、案出されたのが本発明であって、本発明は、作業機に設けられたアクチュエータが地面の起伏を乗り越える等の不用意な昇降制御を必要とする時において、アクチュエータが地面の起伏を乗り越えた後にも元の位置に復帰する作業機アクチュエータ用昇降装置を提供することを目的としている。
(作業機アクチュエータ用昇降装置)
上記目的を達成するために本発明の作業機アクチュエータ用昇降装置は、除雪機、刈取機(芝刈機を含む)、耕耘機、ブルドーザー(地ならし機)、清掃機その他の作業機の前方に取り付けられるオーガ、ロータリ爪、ブレード、カッター、ブラシ、吸引管、排気管その他のアクチュエータを昇降させるための伸縮可能なシリンダと、該シリンダを油圧制御する油圧制御装置とを備えたものであって、前記シリンダは、該シリンダ内を摺動可能なメインピストンと、該メインピストンを前記アクチュエータに連結させるメインピストンロッドと、前記シリンダ内を摺動可能であって前記メインピストンと別体なフリーピストンとを内装し、前記メインピストン及びフリーピストンは、前記シリンダの内壁と前記メインピストンとで仕切られるメインピストン側空間と、前記シリンダの内壁と前記フリーピストンとで仕切られるフリーピストン側空間と、前記フリーピストンと前記メインピストンとで仕切られる中間空間とを前記シリンダ内に形成し、前記フリーピストンは、前記メインピストンロッドに摺動可能に外嵌されており、前記作業機に設けられた前記アクチュエータが地面の起伏を乗り越える等の不用意な昇降を制御するために、前記シリンダと前記アクチュエータとの位置関係は、該アクチュエータの自重により前記メインピストンが移動する場合には、該メインピストン側空間が広くなる方向へ移動するように構成され、前記メインピストンには、前記メインピストン側空間及び前記中間空間の両空間を連通させる連通孔が穿設されており、前記油圧制御装置は、前記アクチュエータが地面の起伏を乗り越えるために前記メインピストンが前記メインピストン側空間を狭くする方向へ摺動した際に、前記メインピストン側空間の油を油貯留タンクにまで退避させるための前記メインピストン側空間と前記油貯留タンクとを直接、連通する油退避回路を備えており、
一方、前記フリーピストン側空間と油圧ポンプとをつなぐ油路間には、前記フリーピストンの下降を阻止すべく、前記フリーピストン側空間からの油の流出を阻止するパイロットチェック弁が介設されているものである。
そして、かかる構成を有するが故に、アクチュエータが地面の起伏を乗り上げることによりメインピストンがシリンダ内のメインピストン側空間を狭くする方向へ摺動した場合、メインピストン側空間内の油は、メインピストンに穿設された連通孔を介してシリンダの中間空間へ退避されるとともに、余剰分の油が油退避回路を介してメインピストン側空間から油貯留タンクにまで直接、退避される。何故なら、フリーピストンがメインピストンロッドに摺動可能に外嵌されているので、メインピストンの摺動後におけるメインピストン側空間及び中間空間の両空間の体積の和が、摺動前におけるメインピストン側空間の体積よりもメインピストンロッドの侵入体積分の過渡分だけ小さくなるため、中間空間に入り切らない当該進入体積分の過渡分に相当する油が上記余剰分の油として発生するからである。このように、本発明においては、余剰分の油が油退避回路を介してメインピストン側空間から油貯留タンクにまで直接、退避されるため、中間空間が負圧となって、フリーピストンがメインピストン側空間へ移動してしまうことが防止される。また、シリンダとアクチュエータとの位置関係は、アクチュエータの自重によりメインピストンが移動する場合には、メインピストン側空間が広くなる方向へ移動するように構成されており、メインピストンが元の昇降位置に復帰した後は、それ以上の自重によるフリーピストンとの下降を阻止するために、フリーピストン側空間と油圧ポンプ間の油路中に介設されているパイロットチェック弁が閉弁するので、フリーピストン側空間からの油の流出を阻止する。よって、アクチュエータが地面の起伏を乗り越えた後においても、元の昇降位置に復帰される。
本発明の作業機アクチュエータ用昇降装置によれば、アクチュエータが地面の起伏を乗り上げることによりメインピストンがシリンダ内のメインピストン側空間を狭くする方向へ摺動した場合にも、メインピストンに穿設された連通孔、及びメインピストン側空間から油貯留タンクにまで直接、連通する油退避回路により、メインピストン側空間内の油が直ちに上記連通孔を経て中間空間内に、また、その余剰分は上記油退避回路を経て油貯留タンクに直接退避されるので、シリンダの中間空間が負圧となって、フリーピストンがメインピストン側空間へ移動してしまうことを防止することができる。また、自重によりメインピストンが元の昇降位置に復帰した後は、パイロットチェック弁が閉弁するので、フリーピストン側空間からの油の流出が阻止される。したがって、アクチュエータが地面の起伏を乗り越えた後においても、元の昇降位置に復帰することができるのである。
以下、添付図面を参照して、本発明の最良な実施の形態の例(実施例)について説明する。勿論、下記実施例は、本発明の最良な実施例を示すに過ぎず、本発明の技術的範囲は、下記実施例そのものに何ら限定されるものではない。例えば、下記実施例は、作業機の前方に設けられたアクチュエータの不用意な昇降を制御する技術(不用意制御技術)と、通常に昇降を制御する技術(通常制御技術)の両技術を含んでいるが、本発明は、アクチュエータの不用意な昇降を制御する技術を含んでいれば良い。
図1は、本発明の作業機アクチュエータ用昇降装置(以下、便宜上、単に「昇降装置」という)100の概略図である。図1に示すように、昇降装置100は、作業機の本体(一部のみを概略的に図示)1000の進行方向前方に取着されるものであって、アクチュエータの一種であるブレード500を昇降させるための伸縮可能なシリンダ110と、該シリンダを油圧制御する油圧制御装置120とを備えている。勿論、アクチュエータは、ブレード500に限られるものではなく、図示しないが、例えば、オーガや、ロータリー爪等であっても良い。以下、アクチュエータがブレード500の場合について説明するが、ブレード500は、単にアクチュエータの例示であるに過ぎない。
シリンダ110は、伸縮することによりブレード500を昇降させるためのものであって、該シリンダ110内を摺動可能なメインピストン111と、該メインピストン111をブレード500に連結させるメインピストンロッド111aと、シリンダ110内を摺動可能であってメインピストン111と別体なフリーピストン112とを内装している。
メインピストン111及びフリーピストン112は、シリンダ110の内壁110aとメインピストン111とで仕切られる空間であるメインピストン側空間S1と、シリンダ110の内壁110aとフリーピストン112とで仕切られるフリーピストン側空間S2と、フリーピストン112とメインピストン111とで仕切られる中間空間S3とをシリンダ110内に形成している。
メインピストン111には、メインピストン側空間S1及び中間空間S3の両空間を連通させる連通孔111bが穿設されている。すなわち、この連通孔111bを介して、油がメインピストン側空間S1から中間空間S3へ、又は中間空間S3からメインピストン側空間S1への移動することが可能である。従って、ブレード500が地面Gの起伏G1を乗り上げることによりメインピストン側空間S1を狭くする方向へ摺動した場合にも、メインピストン側空間S1内の油が連通孔111bを介して中間空間S3に迅速に退避するので、中間空間S3が負圧となってしまうことを防止することができる。
シリンダ110とブレード500との位置関係は、ブレード500の自重によりメインピストン111が移動する場合には、メインピストン側空間S1が広くなる方向へ移動するように、構成されている。
フリーピストン112は、メインピストンロッド111aに摺動可能に外嵌する方式とされている。よって、図2に示すように、メインピストン111がメインピストン側空間S1を狭くする方向へ摺動した場合に、摺動後におけるメインピストン側空間S1の体積と中間空間S3の体積との和を、摺動前におけるメインピストン側空間S1の体積よりも小さくすることができる。ひいては、摺動後におけるメインピストン側空間S1及び中間空間S3の両空間に油が充満しない空間が発生すること、即ち、中間空間S3が負圧となってしまうことを防止することができる。
油圧制御装置120は、油退避回路121と、油貯留タンク122と、油流入阻止回路123と、油圧ポンプ124と、絞り125と、開閉弁126と、逆止弁付流量調整弁127と、切替弁128と、モータ129と、リリーフ弁130とを備えている。
油退避回路121は、ブレード500が地面Gの起伏G1を乗り上げるためにメインピストン111がメインピストン側空間S1を狭くする方向へ摺動した際に、メインピストン側空間S1の油を退避させるものであり、シリンダ110のメインピストン側空間S1と油を貯留する油貯留タンク122を直接につなぐ油路121aにより構成されている。そして、この油路121aは、絞り125とシリンダ110のメインピストン側空間S1との間に配設されている。
また、油退避回路121は、メインピストン111がメインピストン側空間S1を狭くする方向へ摺動した後、広くする方向へ移動した場合に、油貯留タンク122へ退避した油をメインピストン側空間S1へ吸込むのである。これは、メインピストン111がメインピストン側空間S1を狭くする方向へ摺動した場合に、摺動後におけるメインピストン側空間S1の体積と中間空間S3の体積との和が、摺動前におけるメインピストン側空間S1の体積よりも小さいことに起因する(図3(b)参照)
油流入阻止回路123は、ブレード500が地面Gの起伏G1を乗り上げることによりメインピストン111がメインピストン側空間S1を狭くする方向へ摺動した際に、フリーピストン側空間S2への油の流入を阻止するものであって、油圧ポンプ124とシリンダ110のフリーピストン側空間S2とをつなぐ油路123aと、その油路123aに配設されるとともにフリーピストン側空間S2への油の流入は許容するが該フリーピストン側空間S2からの油の流出は阻止するパイロットチェック弁123bとによって構成されている。パイロット流路123cは、パイロットチェック弁123bを開弁させるための油路である。
油圧ポンプ124は、油の吐出によりシリンダ110を伸張し又は収縮させるためものであり、モータ129は、油圧ポンプ124を回転駆動するためのものである。
絞り125は、油圧ポンプ124とシリンダ110のメインピストン側空間S1とをつなぐ油路125aに配設されるとともに、パイロットチェック弁123bを開弁させるためのパイロット圧を発生するものである。油路125aの一部は、油路121aを構成している。
開閉弁126は、油圧ポンプ124とシリンダ110との間であってメインピストン側空間S1とフリーピストン側空間S2とをつなぐ油路126aを平時は閉塞する一方、異常時は開放するものである。この開閉弁126を開放することにより、モータ129が故障する等してシリンダ110が正常制御で動かない場合にも、メインピストン側空間S1とフリーピストン側空間S2とを連通させて、手動でシリンダ110の伸張を調整することが、すなわちブレード500の昇降位置を調整することが可能となる。
逆止弁付流量調整弁127は、開閉弁126とシリンダ110との間であってフリーピストン側空間S2側との間に配設されるとともに、絞り127aとチェック弁127bと並列接続されて構成されている。絞り127aは、フリーピストン側空間S2からの油の急激な流出を防止するためのものであり、これにより、ブレード500の急激な降下を防止すること(言い換えれば、降下速度を抑制すること)が可能となる。また、開閉弁126を開放することによって手動でブレード500の昇降位置を調整することが可能となった後においても、ブレード500が急激に昇降してしまうことを防止することができる。
また、チェック弁127bは、フリーピストン側空間S2への油の流入は許容するがフリーピストン側空間S2からの油の流出は阻止するものであり、絞り127aによってブレード500の上昇速度が落ちてしまうことを防止することができる。
切替弁128は、油圧ポンプ124の油の吐出方向に応じて油貯留タンク122とシリンダ110との連通状態を切り替えるものであり、具体的には、油圧ポンプ124がフリーピストン側空間S2へ(反矢印X方向へ)油を吐出している場合にメインピストン側空間S1と油貯留タンク122とを絞り127aを介して連通させる第1連通状態位置P1、油圧ポンプ124がメインピストン側空間S1へ(矢印方向Xへ)油を吐出している場合にフリーピストン側空間S2と油貯留タンク122とをパイロットチェック弁123b及び逆止弁付流量調整弁127を介して連通させる第2連通状態位置P2、並びに、油圧ポンプ124が油の吐出を停止した場合に連通を解除する解除位置(言い換えれば、連通を非連通に切り替える非連通位置)P3の何れかの位置に切り替えることにより状態を切り替えるのである。
リリーフ弁130は、回路内の油圧を設定値に保持するために、流体の一部又は全部を逃がす圧力制御弁であり、パイロットチェック弁123bと油圧ポンプ124とをつなぐ油路123aから分岐して油貯留タンク122に繋がる油路130aに設けられている。このリリーフ弁130により、フリーピストン側空間S2へ送給される油の圧力を一定として、ブレード500の上昇速度を一定に保持することができる。
次に、図1〜図3を参照して、上記のように構成された昇降装置100の動作(昇降制御)について説明する。
通常昇降制御のうちの上昇時制御について説明する。油圧ポンプ124が矢印X方向へ吐出すると、切替弁128が第2連通状態位置P2に切り替えられて、パイロットチェック弁123b及び逆止弁付き流量調整弁127を介してフリーピストン側空間S2へ油が供給される。すると、シリンダ110が収縮して、ブレード500が上昇する。このとき、メインピストン側空間S1の油は、油路121aを介して油貯留タンク122に流れるか、又は、絞り125を介して油圧ポンプ124で吸入される。油圧ポンプ124が停止すると、切替弁128が解除状態位置P3に切り替えられて、シリンダ110への油の流入及び流出が停止する。よって、ブレード500の上昇位置が設定される。
通常昇降制御のうちの下降時制御について説明する。油圧ポンプ124が反矢印X方向へ吐出すると、切替弁128が第1連通状態位置P1に切り替えられて、絞り125により差圧が発生して高圧側がパイロット流路123cを介してパイロットチェック弁123bに作用し開弁する。これにより、フリーピストン側空間S2が油圧ポンプ124、及び油貯留タンク122に連絡され、ブレード500の自重でフリーピストン側空間S2の油が油圧ポンプ124に吸入されて、シリンダ110が伸張する。一方、メインピストン側空間S1の拡大に伴い負圧となるから、メインピストン側空間S1には、油圧ポンプ124からの吐出油が油路125a及び絞り125を介してメインピストン側空間S1へ送給される。油圧ポンプ124が停止すると、パイロットチェック弁123bが弁して、ブレード500の下降位置が設定される。
不用意昇降制御について説明する。ブレード500が地面Gの起伏G1に乗り上げると、ブレード500が上昇し、このブレード500に連結するメインピストンロッド111aが移動する。メインピストンロッド111aが移動すると、これに連結するメインピストン111がシリンダ110内をメインピストン側空間S1を狭くする方向へ摺動する。メインピストン111の摺動に伴ってメインピストン側空間S1内の油は、メインピストン111に穿設された連通孔111bを介してメインピストン111とフリーピストン112との間の中間空間S3へ移動するとともに、メインピストンロッド111aの進入体積分の過渡分が油退避回路121を介して油貯留タンク122へ退避される。一方、ブレード500が地面Gの起伏G1の乗り越えると、ブレード500が自重によりメインピストン111がメインピストン側空間S1を広くする方向へ移動する。これにより、中間空間S3へ退避した油が連通孔111bを介してメインピストン側空間S1へ返戻するとともに、油貯留タンク122へ退避した油も油退避回路121を介して返戻する(吸い込まれる)。これにより、ブレード500が起伏G1を乗り越えた後には、乗り越える前の位置と同じ昇降位置に復帰するのである。
以上、実施例に基づき本発明を説明したが、上記実施例は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることはいうまでもなく、本発明の技術的範囲にはこれらの改良変形も含まれる。
例えば、上記実施例においては、シリンダ110のメインピストンロッド111aがブレード500に連結するように構成されているが、図1に比して180度反転させることにより、メインピストンロッド111aが作業機1000側に連結するように構成しても良い(図示せず)。また、本実施例においては、メインピストンロッド111aが直接にブレード500に連結するように構成されているが、例えば、図4に示すように(油圧制御装置120(図1等参照)は上記実施例と同様であるから割愛する)、リンク機構2000を介して連結するように構成されても良い。
本発明の一実施例である作業機アクチュエータ用昇降装置(昇降装置)の概 略図である。 上記昇降装置を構成するシリンダのメインピストンの位置に応じた内部空間 の対比を示す図である。 上記昇降装置の動作を示す図である。 上記昇降装置の変形例を示す図である。
100 作業機アクチュエータ用昇降装置(昇降装置)
110 シリンダ
111 メインピストン
111a メインピストンロッド
111b 連通孔
112 フリーピストン
120 油圧制御装置
121 油退避回路
121a シリンダのメインピストン側空間と油を貯留する油貯留タンクを直接につなぐ油路
122 油貯留タンク
123 油流入阻止回路
123a 油圧ポンプとシリンダのフリーピストン側空間とをつなぐ油路
123b パイロットチェック弁
123c パイロット流路(パイロットチェック弁を開弁させるための油路)
124 油圧ポンプ
125 絞り
125a 油圧ポンプとシリンダのメインピストン側空間とをつなぐ油路(この油路125aの一部は、油路121aを構成している。)
126 開閉弁
126a 油圧ポンプとシリンダとの間であってメインピストン側空間とフリーピストン側空間とをつなぐ油路
127 逆止弁付流量調整弁
127a 絞り
127b チェック弁
128 切替弁
129 モータ
130 リリーフ弁
130a パイロットチェック弁と油圧ポンプとをつなぐ油路からから分岐して油貯留タンクに繋がる油路
500 ブレード
1000 作業機の本体
2000 リンク機構
G 地面
G1 起伏
P1 第1連通状態位置
P2 第2連通状態位置
P3 解除位置
S1 メインピストン側空間
S2 フリーピストン側空間
S3 中間空間

Claims (4)

  1. 除雪機、刈取機その他の作業機の前方に取り付けられるオーガ、ロータリ爪、ブレードその他のアクチュエータを昇降させるための伸縮可能なシリンダと、該シリンダを油圧制御する油圧制御装置とを備えた作業機アクチュエータ用昇降装置において、
    前記シリンダは、該シリンダ内を摺動可能なメインピストンと、該メインピストンを前記アクチュエータに連結させるメインピストンロッドと、前記シリンダ内を摺動可能であって前記メインピストンと別体なフリーピストンとを内装し、
    前記メインピストン及びフリーピストンは、前記シリンダの内壁と前記メインピストンとで仕切られるメインピストン側空間と、前記シリンダの内壁と前記フリーピストンとで仕切られるフリーピストン側空間と、前記フリーピストンと前記メインピストンとで仕切られる中間空間とを前記シリンダ内に形成し、
    前記フリーピストンは、前記メインピストンロッドに摺動可能に外嵌されており、
    前記作業機に設けられた前記アクチュエータが地面の起伏を乗り越える等の不用意な昇降を制御するために、前記シリンダと前記アクチュエータとの位置関係は、該アクチュエータの自重により前記メインピストンが移動する場合には、該メインピストン側空間が広くなる方向へ移動するように構成され、前記メインピストンには、前記メインピストン側空間及び前記中間空間の両空間を連通させる連通孔が穿設されており、
    前記油圧制御装置は、前記アクチュエータが地面の起伏を乗り越えるために前記メインピストンが前記メインピストン側空間を狭くする方向へ摺動した際に、前記メインピストン側空間の油を油貯留タンクにまで退避させるための前記メインピストン側空間と前記油貯留タンクとを直接、連通する油退避回路を備えており、
    一方、前記フリーピストン側空間と油圧ポンプとをつなぐ油路間には、前記フリーピストン側空間からの油の流出を阻止するパイロットチェック弁が介設されていることを特徴とする作業機アクチュエータ用昇降装置。
  2. 油退避回路の途中から分岐され油圧ポンプに至る油路に、前記パイロットチェック弁を開弁させるためのパイロット圧を発生する絞りが介設されていることを特徴とする請求項1に記載の作業機アクチュエータ用昇降装置。
  3. 油圧制御装置は、油圧ポンプとシリンダとの間であってフリーピストン側空間とメインピストン側空間とをつなぐ油路を平時は閉塞する一方、異常時は開放する開閉弁と、該開閉弁と前記シリンダの間であって前記フリーピストン側空間側に逆止弁付流量調整弁を備えており、
    該逆止弁付流量調整弁は、絞りとチェック弁と並列接続されて構成されており、
    前記チェック弁は、前記フリーピストン側空間への油の流入は許容するが該フリーピストン側空間からの油の流出は阻止することを特徴とする請求項1叉は2に記載の作業機アクチュエータ用昇降装置。
  4. 油圧制御装置は、油圧ポンプの油の吐出方向に応じて油貯留タンクとシリンダとの連通状態を切り替える切替弁を備えており、
    該切替弁は、油圧ポンプがフリーピストン側空間へ油を吐出している場合にメインピストン側空間と油貯留タンクとを絞りを介して連通させる第1連通状態、前記油圧ポンプが前記メインピストン側空間へ油を吐出している場合に前記フリーピストン側空間と油貯留タンクとをパイロットチェック弁及び逆止弁付流量調整弁を介して連通させる第2連通状態、並びに、前記油圧ポンプが油の吐出を停止した場合に第1連通状態及び第2連通状態における連通状態を解除する解除状態の何れかの状態に切り替えることを特徴とする請求項2叉は3に記載の作業機アクチュエータ用昇降装置。
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