JP5523980B2 - スリップ抑制および起動効率向上機能を備えた油圧モータ - Google Patents

Description

本発明は、油圧モータに係り、特に、油圧ショベル等の建設機械に搭載される油圧モータにおけるスリップの抑制と起動時の効率性に関する。

前述の油圧モータとしては、特許文献１に示されるように、ハウジング内にシリンダブロックを軸とともに回転自在に設け、そのシリンダブロックのシリンダ孔内にピストンを嵌挿してシリンダ室を構成し、そのピストンを斜板に沿って摺動自在とし、前記シリンダ室を油圧源とタンクに交互に連通することでシリンダブロックを軸とともに回転する可変ピストンモータが知られている。

当該油圧モータのブレーキ装置としてはシリンダブロックとハウジングに回転側摩擦板と固定側摩擦板を交互に取付け、その摩擦板と対向してピストンを設け、このピストンをばねにより押して固定側摩擦板と回転側摩擦板を圧着することでシリンダブロックを固定して制動し、前記ピストンのピストン受圧室に高圧油を供給することでピストンをばねに抗して移動し固定側摩擦板と回転側摩擦板を離隔してシリンダブロックを回転可能にし、非制動の状態としている。

かかる油圧モータのブレーキ装置はピストン受圧室に高圧油を供給すると非制動となり、ピストン受圧室内の高圧油を排出すると制動となるものである。

ところで、上述の油圧モータが建設機械の旋回用あるいは走行用モータとして使用されている場合、その稼動中すなわち、非制動状態において、当該油圧モータへの圧油の供給が切換弁により停止され旋回や走行が停止状態のときであっても、当該建設機械が例えば傾斜地でその姿勢が傾斜した状態を保持する必要のある場合がある。このような状態では、操縦者の意図しないことであるが、ブームやアームを搭載している旋回台が重力の影響を受け、その油圧モータ軸に回転負荷が与えられ、結果として、油圧モータの出口側が高圧となり弁板の隙間を介して漏れが発生し徐々にその姿勢が変化する、あるいは停止位置が徐々に変化するという問題がある。こうした問題を防ぐため、前記弁板の中に小型のピストンを設け、前記発生した高圧を利用してシリンダブロック端面に弁板を押し付けることにより重力による意図しない姿勢や位置の変化を防止するようにしている。図２、３および４を参照してその詳細を説明する。

図２は、本願出願人が採用している、従来の油圧モータの軸方向に沿う正面の軸方向の縦断面図を示し、図３は図２の断面と直角方向の縦断面図を示す。また、図４は弁板の形状を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のｚ−ｚ線断面図である。

図２において、参照符号１０は油圧モータのハウジングであり、同ハウジング１０には円筒コロ軸受け１２およびニードル軸受け１４により回転可能に軸支されたシリンダブロック１６およびそれと一体の出力軸１８が設けられている。シリンダブロック１６内部には円周上に等配の複数のシリンダが設けられその各シリンダ内にピストンＰＳが摺動可能に収納されている。ピストンＰＳの左端の頭部は環状のリテーナ２０に係合され同リテーナ２０の左端面は斜板２２上を滑動するようになっている。

参照符号ＢＰは弁板であってその左端側の面はシリンダブロック１６の右端面に当接し、その右端側の面はハウジング１０に締結されたモータカバー３０の左端面に当接されている。モータカバー３０には圧油の給排用のポートが設けられている。参照符号４０は、一般にパーキングブレーキと称される油圧モータのブレーキであって、ピストン４０ａと対になった固定側摩擦板および回転側摩擦板４０ｂと、ばね４０ｃと、ハウジング１０の内周面との間に形成された圧油供給用シリンダ４０ｄとからなっている。この圧油供給用シリンダ４０ｄに圧油例えば建設機械のパイロット圧油が与えられるとピストン４０ａは右行し、それまで固定側摩擦板および回転側摩擦板４０ｂを密着押圧していたばね４０ｃを圧縮すると共に固定側摩擦板および回転側摩擦板４０ｂを離隔させる。その結果シリンダブロック１６は回転可能となる。

他方、前記パイロット圧の供給を解除すると、ピストン４０ａは左行し、ばね４０ｃが解放され、そのばね４０ｃの弾発力により前記固定側摩擦板および回転側摩擦板４０ｂは密着押圧しその結果シリンダブロック１６はハウジング１０と一体になりその回転が阻止される。すなわち、建設機械のエンジンを停止し、図示しない主ポンプおよびパイロットポンプが停止した状態でも回転が阻止されている。

前記弁板ＢＰの内部には小型ピストンＳＰＳが設けられている。図４（ｂ）に示されるように、小型ピストンＳＰＳのモータカバー３０側にはシリンダ３０ａが複数（２個）設けられその中に前記小型ピストンＳＰＳが収納されている。参照符号５０は部分的に形成された環状の溝であって、図４（ａ）に示すように、上下に一対が形成されている。参照符号５０ａ、５０ｂは圧油の供給および排出用のポートであり、これらのポートの角位置の範囲内でシリンダブロック１６内の各ピストンＰＳを収納する油室ＨＲと圧油の授受をおこなう。同図４（ａ）ではポート５０ａと５０ｂは、一方が排出用であれば、他方が供給用となり、いずれのポートも両者の機能を併せ持つ。ここでは、説明のためにポート５０ａが排出用、ポート５０ｂが供給用として説明する。

図３において、参照符号６０ａおよび６０ｂは、ブッシュおよびサラバネであって、弁板ＢＰとシリンダブロック１６の摺動面が適切な油膜厚さとなるように設定されている。参照符号ＲＦはリリーフ弁である。

いま、建設機械の主ポンプおよびパイロットポンプは駆動状態であるが、旋回台駆動用の油圧モータの回転が停止されている場合、すなわち、圧油の供給・排出が行われない状態で、前述したように、建設機械が傾斜面に位置しているとすると当該油圧モータの出力軸１８には回転負荷が作用しシリンダブロック１６を回転させようとすることがある。その作用により排出側に位置するピストンＰＳは当該油室ＨＲ内の油を、ポート５０ａを介して排出しようとするが出口が塞がれているのでその圧力は溝５０から流路３０ｂ（図４（ｂ）参照）を介して小型ピストンＳＰＳに作用する。したがって、同ピストンＳＰＳの右端面はモータカバー３０を力Ｆで押し付ける。一方、モータカバー３０はハウジング１０に固定されているので、結局力Ｆの反力で弁板ＢＰがシリンダブロック１６の右端面に押し付けられ、摩擦力等によりシリンダブロック１６の回転すなわち、スリップを阻止する。

特開平０８−１７７８９９号公報

前記の従来技術においては、小型ピストンから排出される圧油を利用して弁板ＢＰとシリンダブロック１６の間に静摩擦力を発生させ、それにより旋回用油圧モータの回転すなわち、スリップを阻止するものであるが、同油圧モータを停止状態から駆動状態に切り換えるとき、その阻止の状態が保持されているため、起動時にはそれを上回る圧力を与え弁板ＢＰに対しシリンダブロック１６の右端面を動摩擦の状態でスリップさせる必要がある。このような停止から起動への切り換えは建設機械の一連の作業中頻繁に生じるので、傾斜地での作業においては、その都度に要する起動力のためのエネルギは無視できないものである。

本発明は、上記問題を解決せんとするもので、その目的とするところは、停止時におけるスリップの抑制と起動時の起動効率の向上を両立させることが可能な油圧モータを提供することにある。

前記目的を達成するための本発明によるスリップ抑制と起動効率向上機能を有する油圧モータは、ハウジング内にシリンダブロックを出力軸と一体に回転自在に設け、前記シリンダブロック内に形成された複数のシリンダ孔内にそれぞれピストンを嵌挿してシリンダ室を構成し、前記ピストンを斜板に沿って摺動自在とし、前記シリンダ室を油圧源とタンクに交互に連通することでシリンダブロックを前記出力軸とともに回転する固定容量式又は可変容量式ピストンモータであって、前記出力軸と反対側の前記シリンダブロック端面に一側面が当接され、前記シリンダ室を油圧源とタンクに交互に連通せしめる開口部を有する弁板と、前記弁板の他側面と当接するとともに前記ハウジング端面に固定され、圧油の給排ポートを有するモータカバーと、前記モータカバーと弁板との間に設けられ前記シリンダブロック端面に前記弁板を所定のばね力で押圧する押圧手段と、前記ハウジング内で前記シリンダブロック外周部とモータカバーの間に設けられたパーキングブレーキ用の第１ブレーキ手段と、前記弁板の他側面を所定の油圧力で押圧する第２ブレーキ手段からなり、前記第２ブレーキ手段は、前記弁板の他側面に臨み前記モータカバー側に設けられた複数の油室と同各油室に収納された小型ピストンと、前記各油室に連通する小型ピストン加圧用のポートと、同ポートを介して前記各油室に圧油を供給および停止する切換弁を備え、前記圧油を供給および停止するための指令信号として、パイロット操作信号または傾斜検知センサーからの信号を用いることを特徴とする。

その場合、前記第１ブレーキ手段は建設機械のパイロットポンプ圧を利用することが可能である。

また、前記第２ブレーキ手段は建設機械の主ポンプの圧油を減圧したものを利用することが可能である。

またその場合、前記油圧モータは好適には建設機械の旋回台駆動用の油圧モータとすることが可能である。

またその場合、前記油圧モータは建設機械の走行用の油圧モータとすることが可能である。

本発明によれば、ハウジング内にシリンダブロックを出力軸と一体に回転自在に設け、前記シリンダブロック内に形成された複数のシリンダ孔内にそれぞれピストンを嵌挿してシリンダ室を構成し、前記ピストンを斜板に沿って摺動自在とし、前記シリンダ室を油圧源とタンクに交互に連通することでシリンダブロックを前記出力軸とともに回転する固定容量式ピストンモータであって、前記出力軸と反対側の前記シリンダブロック端面に一側面が当接され、前記シリンダ室を油圧源とタンクに交互に連通せしめる開口部を有する弁板と、前記弁板の他側面と当接するとともに前記ハウジング端面に固定され、圧油の給排ポートを有するモータカバーと、前記モータカバーと弁板との間に設けられ前記シリンダブロック端面に前記弁板を所定のばね力で押圧する押圧手段と、前記ハウジング内で前記シリンダブロック外周部とモータカバーの間に設けられたパーキングブレーキ用の第１ブレーキ手段と、前記弁板の他側面を所定の油圧力で押圧する第２ブレーキ手段からなり、前記第２ブレーキ手段は、前記弁板の他側面に臨み前記モータカバー側に設けられた複数の油室と同各油室に収納された小型ピストンと、前記各油室に連通する小型ピストン加圧用のポートと、同ポートを介して前記各油室に圧油を供給および停止する切換弁を備え、前記圧油を供給および停止するための指令信号として、パイロット操作信号または傾斜検知センサーからの信号を用いたので、スリップを抑制することが可能であり、建設機械が傾斜地で作業する場合でも停止中に建設機械の旋回台が回転したり、建設機械が走行したりする恐れがなくなり、さらに、停止状態から起動する際には前記切換弁の操作によりスリップ抑制状態を瞬時に解除できるので、余分なエネルギを使用することがなくスムーズな起動を行うことが可能となり起動効率の向上が得られる。

また、従来のスリップの抑制では、図４（ｂ）に示されるように、反力Ｆは排出側の小型ピストンＳＰＳにより与えられるが、本発明では、スリップ抑制時に両方の溝５０に主ポンプから減圧された圧油を与えることが可能であり、より確実に弁板をシリンダブロック端面に向けて押し付けることが可能である。

さらにまた、従来の例では、図４（ｂ）に示されるように、他の隣接する部材に比べ比較的薄い弁板ＢＰには小型ピストンＳＰＳを収納する油室３０ａが溝５０と反対側に形成される必要性のためその加工上の手間と精度および剛性が要求されるという問題がある。しかしながら、本発明においては、小型ピストンＳＰＳを収納する油室はモータカバー側に設けられているため弁板ＢＰへのそうした問題はなくなる。

本発明による実施例の油圧モータの正面の縦断面図である。 図１Ａの切換弁１１０への制御信号ＳＧと、切換弁１１０への圧油供給部および制御信号ＳＧ発生部との関係を説明するブロック図である。 従来の油圧モータの軸方向に沿う正面の縦断面図である。 図２の断面と直角方向の縦断面図である。 弁板の形状を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のｚ−ｚ線断面図である。

以下に本発明の好適な実施例について、詳細に説明する。

なお、以下の説明において、図１Ａの参照符号のうち図２乃至４において該当するものは同一の構成部分であり重複を避けるためそれらの説明は省略するものとする。

図１Ａにおいて、参照符号１００はモータカバー３０の外周部に設けられた小型ピストン加圧用のポートであって、同ポート１００は弁板ＢＰの右端面に臨む油室１００ａと流路１００ｂを介して連通しており、前記油室１００ａには小型ピストンＳＰＳが収納されている。

参照符号１１０はＯＮ、ＯＦＦ用の切換弁であって、同弁１１０には図示しない建設機械のリモコン弁へ圧油を供給するトロコイドポンプ等のパイロットポンプからの圧油が与えられており、また同弁１１０の出口側は前記ポート１００に接続されている。参照符号ＳＧはＯＮ、ＯＦＦ指令用の信号であって、この信号ＳＧはパイロット操作圧信号を利用した油圧信号であってもよいし、対応する電気信号でもよい。したがって、当該油圧モータの停止の場合には主ポンプから減圧された圧油が流路１００ｂを介して小型ピストンＳＰＳに与えられるので同ピストンの左端面は弁板ＢＰを押圧し、結果として弁板ＢＰはシリンダブロック１６の左端面を押圧しスリップ抑制を行う。したがって、傾斜地等での停止状態で油圧モータの出力軸１８に作用する回転負荷があっても静摩擦によるスリップ抑制作用によりシリンダブロック１６の回転が阻止される。なお、前記切換弁１１０への圧油として主ポンプからの圧油を減圧して用いることも可能である。

さらに、摩擦によるスリップ抑制作用に追加して油室ＨＲに封入された作動油は、その圧力上昇と共にシリンダブロック１６と弁板ＢＰとの間隙からリークし、シリンダブロック１６が若干量回転する。この作動油のリーク量を削減するために弁板ＢＰがシリンダブロック１６の右端面を押圧し、回転が阻止される。

建設機械の停止状態から起動用の制御信号ＳＧが与えられると、切換弁１１０は遮断状態となり、したがって、小型ピストンＳＰＳに与えられていた主ポンプから減圧された圧油の圧力がなくなり、弁板ＢＰとシリンダブロック１６との間隙はブッシュ６０ａ、サラバネ６０ｂにより設定されている所定圧による間隙に戻り、シリンダブロック１６には前記静摩擦力は作用していないので起動がスムーズとなり、さらに動摩擦の状態へ移行することとなる。

図１Ｂは、図１Ａの切換弁１１０への制御信号ＳＧと、切換弁１１０への圧油供給部および制御信号ＳＧ発生部との関係を説明するブロック図である。同図において、切換弁１１０は２つの切換位置（ａ）と（ｂ）を有する。図示の状態では、受圧部１１０ｃへの制御信号ＳＧは低圧Ｌであって、ばね１１０ｅの力で切換位置（ｂ）の状態であり、圧油供給部１１０ｂからの圧油がポンプポート１００へ供給されている。この状態では、前述のように、シリンダブロック１６と弁板ＢＰはスリップを抑制した状態となっている。

一方、スリップ抑制解除信号発生部１１０ａからの制御信号ＳＧが高圧Ｈのときには、受圧部１１０ｃに作用する圧油により、切換弁１１０は切換位置（ａ）となり、圧油供給部１１０ｂからの圧油は遮断されると共にポート１００はタンクＴ側へ連通するのでスリップを抑制した状態が解除されることとなる。参照符号１１０ｄは、前記スリップ抑制解除信号発生部１１０ａからの信号が電気信号の場合における電油変換部である。なお、受圧部１１０ｃがソレノイドタイプの電磁弁である場合はこの電油変換部は不要である。

前記スリップ抑制解除信号発生部１１０ａは、本発明では、リモコン弁操作（圧）信号方式の場合と、傾斜角センサー方式の場合とがある。傾斜角センサー方式としては、例えば、マグネット動作タイプのフロートスイッチ（株式会社エヌエー社製）を建設機械のタンクやポンプ内の油室に設けるようにすることができる。また、錘と浮きを併用するハイブリッド機構を備えた小型広角度傾斜角度センサー（株式会社緑測器社製）を用いることもできる。

また、他の例としては、市販のジャイロセンサー又はジャイロスコープを用いることもできる。なお、これら傾斜検知センサーＳが非傾斜状態から傾斜状態を検知した場合の電気信号は、通常、ＬからＨとなるので、この信号をインバートしたＨ、Ｌが制御信号ＳＧに対応することとなる。

以下表１では、建設機械のエンジンが停止していない状態において、建設機械に設けられた傾斜検知センサーの検知信号Ｌ（非傾斜）、Ｈ（傾斜）と起動指令の有無に応じた制御信号ＳＧの生成条件を示す。なお、切換弁ＯＮ、ＯＦＦ欄の各枠内に記載された（ａ）、（ｂ）は同弁１１０の切換位置に対応している。

スリップが特に気がかりとなる傾斜地での旋回振り上げ動作の場合、スリップ抑制機能の解除指令のタイミングが油圧モータの作動とほぼ同時であると、旋回体が重力方向に下がろうとするため、それが始動時の負荷となることがある。このような場合には油圧モータが作動し始める直前にスリップ抑制機能を解除することが好ましい。ここで、油圧モータが作動し始めるとは詳細には内部摩擦抵抗、外部反力に打ち勝って出力軸が回転し始めることを意味する。

以上本発明の好適な実施例について図面により説明したが、当業者であれば、上記の図面および説明に基づいて種々の変形をすることが可能であることはもちろんである。

１０ ハウジング
１２ 円筒コロ軸受
１４ ニードル軸受
１６ シリンダブロック
１８ 出力軸
２０ リテーナ
２２ 斜板
３０ モータカバー
３０ａ 油室
３０ｂ 流路
４０ ブレーキ装置
４０ａ ピストン
４０ｂ 固定側摩擦板および回転側摩擦板
４０ｃ ばね
４０ｄ シリンダ
５０ 溝
５０ａ 排出側ポート
５０ｂ 供給側ポート
６０ａ ブッシュ
６０ｂ サラバネ
１００ 小型ピストン加圧用のポート
１００ａ 油室
１００ｂ 流路
１１０ 切換弁
ＨＲ 油室
ＰＳ ピストン
ＲＦ リリーフ弁
ＳＰＳ 小型ピストン
ＳＧ 指令信号
ＢＰ 弁板

Claims (5)

1. ハウジング内にシリンダブロックを出力軸と一体に回転自在に設け、前記シリンダブロック内に形成された複数のシリンダ孔内にそれぞれピストンを嵌挿してシリンダ室を構成し、前記ピストンを斜板に沿って摺動自在とし、前記シリンダ室を油圧源とタンクに交互に連通することでシリンダブロックを前記出力軸とともに回転する固定容量式又は可変容量式ピストンモータであって、前記出力軸と反対側の前記シリンダブロック端面に一側面が当接され、前記シリンダ室を油圧源とタンクに交互に連通せしめる開口部を有する弁板と、前記弁板の他側面と当接するとともに前記ハウジング端面に固定され、圧油の給排ポートを有するモータカバーと、前記モータカバーと弁板との間に設けられ前記シリンダブロック端面に前記弁板を所定のばね力で押圧する押圧手段と、前記ハウジング内で前記シリンダブロック外周部とモータカバーの間に設けられたパーキングブレーキ用の第１ブレーキ手段と、前記弁板の他側面を所定の油圧力で押圧する第２ブレーキ手段からなり、
   前記第２ブレーキ手段は、前記弁板の他側面に臨み前記モータカバー側に設けられた複数の油室と同各油室に収納された小型ピストンと、前記各油室に連通する小型ピストン加圧用のポートと、同ポートを介して前記各油室に圧油を供給および停止する切換弁とを備え、前記圧油を供給および停止するための指令信号として、パイロット操作信号または傾斜検知センサーからの信号を用いることを特徴とするスリップ抑制および起動効率向上機能を備えた油圧モータ。
2. 前記第１ブレーキ手段は建設機械のパイロットポンプ圧を利用することを特徴とする請求項１に記載のスリップ抑制および起動効率向上機能を備えた油圧モータ。
3. 前記第２ブレーキ手段は建設機械の主ポンプから減圧された圧油を利用することを特徴とする請求項１に記載のスリップ抑制および起動効率向上機能を備えた油圧モータ。
4. 前記油圧モータは建設機械の旋回台駆動用の油圧モータである請求項１乃至３いずれか一つに記載のスリップ抑制および起動効率向上機能を備えた油圧モータ。
5. 前記油圧モータは建設機械の走行用の油圧モータである請求項１乃至３いずれか一つに記載のスリップ抑制および起動効率向上機能を備えた油圧モータ。

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