JP2004190522A

JP2004190522A - ２速ラジアルピストンモータ

Info

Publication number: JP2004190522A
Application number: JP2002357027A
Authority: JP
Inventors: Yasukazu Mishima; 保和三嶋
Original assignee: Sumitomo Eaton Hydraulics Co Ltd
Current assignee: Eaton Industries Japan Co Ltd
Priority date: 2002-12-09
Filing date: 2002-12-09
Publication date: 2004-07-08
Anticipated expiration: 2022-12-09
Also published as: JP4319397B2

Abstract

【課題】小容量モードにおいてモータ回転方向の相違によるトルク効率差を無くす２速マルチストローク形ラジアルピストンモータを提供することにある。
【解決手段】２速マルチストローク形ラジアルピストンモータ（１１０）は、各々がカム面上を転動するようになったローラを備える複数の半径方向ピストンを含む押退け機構部（２４）と、作動油を押退け機構部のピストンに順次給排する複数の通し孔（１３２）を備えるバルブプレート（１３２）とを有する。モータを低速高トルクモードと高速低トルクモードとの間で切り換えることができる切換弁装置（１４２）が設けられている。切換弁装置は、２つの作動油ポート（Ａ，Ｂ）をそれぞれバルブプレートの選択された数の通し孔（１３０）に連結する少なくとも４つの別々の給排ライン（５４−６０）を有する主切換弁（６２）と、高速低トルクモードにおいて、２つの作動油ポートのうち高圧の作動油ポートからのパイロット圧により高圧の作動油ポートを主切換弁の前記給排ラインのうち一つだけに連通させる補助切換弁（６８）とを有する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２速ラジアルピストンモータ、特に２速マルチストローク（多行程）形ラジアルピストンモータの切換弁装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
ラジアルピストンモータは、代表的には各種土木建設機械、例えば移動式クレーンやトラッククレーンの旋回又は走行用の定容量形低速高トルクモータとして広く用いられている。周知のように、この種のラジアルピストンモータにはモノストローク（偏心）形とマルチストローク（多行程）形のものがある。また、当業者には周知のように、ラジアルピストンモータは、２速切換弁の採用により圧油供給ポートの数を変えることで高速低トルクモータとして動作できる。換言すると、ラジアルピストンモータは、２速切換弁により低速高トルク（大容量）モードと高速低トルク（小容量）モードとの間で切り換え動作可能である。一例として、従来型２速マルチストローク（多行程）形ラジアルピストンモータの構造及び動作原理を図４〜図７に示している。
【０００３】
ラジアルピストンモータ１０は、内側カム面１２を備えたリング状のカム１４、各々がカム面に係合した状態でこの上を相対的に転動するようになったローラ１６を備える複数の半径方向ピストン１８及びこれらピストンを収納する複数のボア２０が設けられたシリンダブロック２２を含む押退け機構部２４と、押退け機構部２４に隣接してハウジング２６内に設けられていて、作動油を押退け機構部のピストンに、これと対応してシリンダブロックに設けられた油穴２８を介して圧油を順次給排する円周方向に等角度間隔に設けられた複数の通し孔３０を備えるタイミングプレート又はバルブプレート３２を有する。ピストンの往復運動をシャフトの回転運動として取り出す出力シャフト３４が、符号３６のところでシリンダブロック２２にスプライン連結されると共にカム１４及びハウジング２６に対して固定されるケーシング３８内でテーパころ軸受４０によって支持されている。高圧状態と低圧状態に選択的に切り換え可能な２つの作動油ポートＡ，Ｂをバルブプレートの選択された数の通し孔３０に連通させることにより大容量モードと小容量モードとの間で動作の切り換えを行う２速切換弁４２が組み込まれている。
【０００４】
ラジアルピストンモータ（なお、一般に「カムモータ」とも呼ばれているので、以下の説明において、カムモータという場合がある）１０の動作原理は当業者には周知なので、ごく簡単に述べると、図５で分かるように、複数のピストン１８が油穴２８を介してバルブプレートの通し孔からの油圧の作用を受けてボア内で往復動し、ピストン先端に取り付けられたローラ１６が、カム面１２上を転動することによりシリンダブロックに回転運動を生じさせ、この回転運動を出力シャフトの回転運動として取り出すようになっている。
【０００５】
図示の例では、バルブプレートは、リングカムの６つのカム山に対応して１２個の通し孔３０を備えている。また、図示の切換弁は、スプリング４４により常態では図６及び図７Ａに示すように左位置にある（これは、カムモータの大容量モードに対応する）２位置切換弁である。なお、大容量モードでは、タンク圧力が符号４６のところに作用する。かくして、例示の２速カムモータ１０では、２位置切換弁４２が例えば常態の左位置にあるとき、ポートＡは、１つの給排ライン４８を介してバルブプレート３２の１つ置きの通し孔３０に通じ、ポートＢは、切換弁内の分流路を経て２つの給排ライン５０，５２を介してそれぞれバルブプレートの２つ置きの通し孔３０に通じるようになっている。
【０００６】
カムモータを大容量モード（図７Ａに示す）から小容量モード（これに対応して切換弁の状態が図７Ｂに示されている）に切り換えるには、油圧パイロット源（図示せず）からの高圧パイロット信号を符号４６のところで切換弁４２に印加する。すると、切換弁は図６の右位置をとり、かくして図７Ｂで分かるように、ポートＡが給排ライン４８を介してバルブプレートの１つ置きの通し孔３０に通じると共に給排ライン５０を介して２つ置きの通し孔３０に通じ、他方、ポートＢは、１つの給排ライン５２を介してバルブプレートの２つ置きの通し孔３０に通じる。今、ポートＡが高圧状態にあるとすれば、全部で８つのうち６つのピストンが、バルブプレートの通し孔３０及びこれと対応した油穴２８を介してポートＡと連通するが、図５及び図６から当業者には理解できるように６つのうち４つのピストンは膨張行程にあり、残りの２つは圧縮行程にあることになるので、前者はモータ作用を発揮し、後者はこれとは逆のポンプ作用を発揮することになる。かくして、カムモータの発揮するモータ作用は全体として、通常の大容量モードのトルクの１／２のトルクを発揮し、かくしてカムモータは小容量モードで動作する。逆に、ポートＢに高圧作動油が作用する場合、８つのピストンのうち２つのピストンが圧油の作用を受けてモータ作用を発揮し、これ又、通常の大容量モードにおいて生じるトルクの１／２のトルクを発揮し、カムモータは小容量モードとなって高速で動作することになる。
【０００７】
上述したような３通路（給排ライン）方式の従来型２速カムモータは、その小容量モードにおいて左回転と右回転では高圧状態になるピストンの数の差に起因して動作効率の相違を生じることになる場合がある。より具体的に説明すると、高圧状態にあるピストンの数が多ければそれだけ一層ピストンの運動に対する摩擦力の合計が多くなり、しかもピストンの中にはポンプ作用を発揮するものがあることになるのでカムモータにより得られるトルク効率が全体として大幅に低下する。また、高圧ピストンの数が多ければ、それだけ容積効率が低下することは明らかである。実験の示すところによれば、カムモータの小容量モードでは、供給圧力が２８ＭＰａの場合、カムモータの左右の回転時において、トルク効率の差が１５％〜２０％になることが分かっている。また、この場合、容積効率の差は、５％程度になる。
【０００８】
このように、小容量モードにおけるカムモータの左右の回転にトルク効率の差があると、カムモータを走行用として用いた場合、前進と後退の速度が異なるという不利益を生じる場合がある。また、車両の左右に独立の走行用カムモータ回路を設けた場合、配管構成が左右対称であれば高低圧ポートが左右で逆になるため、小容量モードでは車両が直進せず、危険である。したがって、一般的には押退け機構部に対する左右のバルブプレートのタイミングを逆にしてモータを左右で逆回転させることにより、かかる欠点を克服している。しかしながら、かかる対策では、車両の左右に構成の異なるカムモータを使用する必要があり、点検整備にが面倒になると共に構成の異なるカムモータを在庫する必要があり、コスト高を招いていた。
【０００９】
本発明は、かかる欠点に鑑みて、小容量モードにおいてモータの回転方向の相違によるトルク効率の差を無くすよう構成した２速ラジアルピストンモータを提供することにある。
【００１０】
また、本発明のもう一つの目的は特に、小容量モードにおいてモータの回転方向の相違によるトルク効率の差を無くすよう構成した２速マルチストローク形ラジアルピストンモータを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、カム面を備えたカム、各々がカム面に係合した状態でこの上を相対的に転動するようになったローラを備える複数の半径方向ピストン及びこれらピストンを収納する複数のボアが設けられたシリンダブロックを含む押退け機構部と、作動油を押退け機構部のピストンに順次給排する円周方向に等角度間隔に設けられた複数の通し孔を備えるバルブプレートと、ピストンの往復運動をシャフトの回転運動として取り出す手段と、高圧状態と低圧状態に選択的に切り換え可能な２つの作動油ポートをバルブプレートの選択された数の通し孔に連通させることにより低速高トルク（大容量）モードと高速低トルク（小容量）モードとの間で動作の切り換えを行う切換弁装置とを有する２速ラジアルピストンモータに関する。本発明の特徴によれば、切換弁装置は、２つの作動油ポートに連通可能であって、バルブプレートの選択された数の通し孔に通じる少なくとも４つの別々の給排ラインを有する主切換弁と、主切換弁と連携して設けられていて、２つの作動油ポートのうち一方を高圧にすると、これに応じて油圧パイロット源を主切換弁に印加して高圧の作動油ポートを主切換弁の給排ラインのうち一つだけに連通させるよう動作できる補助切換弁とを有する。
【００１２】
本発明は又、内側カム面を備えたカムリング内に半径方向に設けられていて、各々が内側カム面に係合した状態でこの上を相対的に転動するようになったローラを備える複数のピストン及びこれらピストンを収納する複数のボアが設けられた単一のシリンダブロックを含む押退け機構部と、作動油を押退け機構部のピストンに順次給排する円周方向に等角度間隔に設けられた複数の通し孔を備えたバルブプレートと、ピストンの往復運動をシャフトの回転運動として取り出す手段と、高圧状態と低圧状態に選択的に切り換え可能な２つの作動油ポートをバルブプレートの選択された数の通し孔に連通させることにより低速高トルク（大容量）モードと高速低トルク（小容量）モードとの間で動作の切り換えを行う切換弁装置とを有する２速マルチストローク形ラジアルピストンモータにおいて、前記切換弁装置は、前記２つの作動油ポートに連通可能であって、バルブプレートの選択された数の通し孔に通じる少なくとも４つの別々の給排ラインを有する主切換弁と、主切換弁と連携して設けられていて、前記２つの作動油ポートのうち一方を高圧にすると、これに応じて油圧パイロット源からのパイロット圧を主切換弁に印加して高圧の作動油ポートを主切換弁の前記給排ラインのうち一つだけに連通させるよう動作できる補助切換弁とを有することを特徴とする２速マルチストローク形ラジアルピストンモータを提供する。
【００１３】
本発明の構成によれば、２つの作動油ポートのうち何れが高圧であっても、この作動油ポートがモータ内の４つの給排ラインのうち何れか１つに通じ、これに対応してバルブプレートの通し孔のうち何れか３つが常に高圧ポートに連通するようになり、かくしてモータの左右の回転時における効率の差が実質的に無くなる。
【００１４】
好ましい実施形態では、主切換弁は、２つの作動油ポートのうち一方が高圧である場合に、パイロット圧により、一方の作動油ポートと４つの給排ラインのうち１つを連通させると共に残りの３つの給排ラインを低圧の他方の作動油ポートに連通させる第１の位置と、パイロット圧が生じていない場合に取る中立位置と、他方の作動油ポートが高圧である場合に、パイロット圧により、他方の作動油ポートと１つの給排ライン以外の１つの給排ラインに連通させると共に残りの３つの給排ラインを低圧の一方の作動油ポートに連通させる第２の位置との間で動くことができるスプールを有する。
【００１５】
好ましい形態では、主切換弁は、スプールの互いに反対側にパイロット室を有し、これらパイロット室は、それぞれ補助切換弁を介して油圧パイロット源に連結される。４つの給排ラインは、それぞれバルブプレートの所定の角度間隔毎に位置する通し孔に連通することが望ましい。
【００１６】
一実施形態では、バルブプレートには１２個の通し孔が設けられており、この場合、上記の角度は、１２０°である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の２速マルチストローク形ラジアルピストンモータ１１０を示している。本発明のカムモータ１１０は、バルブプレート１３２及びこれと連携して設けられた切換弁装置１４２を除き、図４の従来形カムモータと実質的に同一なので、以下、これら本発明の特徴部分について図２及び図３を参照しながら説明する。
【００１８】
図１に示すカムモータと図４の従来型カムモータとの構成上の差異は、ポートＡ及びポートＢに選択的に連結される作動油給排ラインが４つ（５４〜６０）になったことにある。すなわち、図１及び図２で最もよく理解できるように、切換弁装置１４２は、ポートＡ及びＢの油圧ラインをそれぞれ２つの作動油給排ライン５４，５６及び５８，６０に分割するような内部構成の３位置主切換弁６２を有している。この主切換弁６２は、好ましい実施形態では、２つの作動油ポートのうち一方、例えばポートＡが高圧である場合に、この高圧の一方の作動油ポートからのパイロット圧に応じてポートＡと給排ライン５４を連通させると共に残りの３つの給排ライン５６，５８，６０と他方の作動油ポートＢを連通させる第１の位置（図２及び図３Ａ参照）と、パイロット圧が生じていない場合に取る中立位置（図２に示す状態）と、ポートＢが高圧である場合に、この高圧の作動油ポートからのパイロット圧に応じてポートＢと給排ライン６０を連通させると共に残りの３つの給排ライン５４，５６，５８とポートＢを連通させる第２の位置（図２及び図３Ｂ参照）との間で動くことができるスプール６４を有している。図示の実施形態では、４つの給排ライン５４，５６，５８，６０はそれぞれ、バルブプレート１３２の１２０°間隔毎に位置する３つの通し孔１３０に連通している。
【００１９】
本発明のもう一つの重要な特徴として、本発明の切換弁装置１４２は、上記の主切換弁の動作を可能にするための手段として、ポートＡ又はポートＢの何れかの高圧信号（高圧作動油）により動作して、油圧パイロットライン６６を通る上述のパイロット圧を主切換弁に通じさせるようになった３位置補助切換弁６８が設けられている。かくして、もしポートＡを高圧にしてカムモータ１１０を動作させようとした場合（例えば、カムモータを一方向に回転させて車両を前進させようとした場合）、ポートＢが低圧又はタンク圧状態なので、ポートＡの高圧により補助切換弁６８は、図２で見て左位置をとる。すると油圧ライン６６は、補助切換弁６８を介して通路７０に連結される。すると、油圧ライン６６中のパイロット圧が通路７０を経て主切換弁６２に作用し、このスプールを左に移動させて（図３Ａ参照）、主切換弁は、上述の第１の位置（図２で見て、右位置）をとる。その結果、高圧ポートＡは、給排ライン５４に連通し、低圧ポートＢは、残りの３つの給排ライン５６，５８，６０と連通する。逆に、車両を後退させるためにポートＢに高圧作動油を導入すると、ポートＡが低圧なので、ポートＢの高圧により補助切換弁６８は、図２で見て右位置をとる。すると油圧ライン６６は、補助切換弁６８を介して通路７２に連結される。この場合、油圧ライン６６中のパイロット圧が通路７２を経て主切換弁６２に作用し、このスプールを右に移動させて（図３Ｂ参照）、主切換弁は、上述の第２の位置（図２で見て、左位置）をとる。その結果、高圧ポートＢは、給排ライン６０に連通し、低圧ポートＡは、残りの３つの給排ライン５４，５６，５８と連通する。
【００２０】
上述のことから理解できるように、従来型カムモータとは異なり、本発明のカムモータは、小容量モードにおいて、ポートＡ，Ｂの何れが高圧状態になっても、高圧作動油は、カムモータ内の一つの給排ラインを流れ、バルブプレートの常に３つの通し孔が高圧状態となり、大容量モードだけでなく小容量モードにおいてもカムモータの左右回転時における効率差の発生が防止される。したがって、本発明のカムモータを車両の走行用モータとして採用した場合、前進速度と後退速度の差が生じることはなく、また左右回転時における出力トルクの差が生じることもない。また、本発明のカムモータは、車両の左右何れにも走行用モータとして利用でき、この場合、従来必要であった配管の非対称配置及び左右配置に合わせた構成の別々のカムモータの在庫が不要になり、従来型カムモータと比較して点検整備の手間が省ける。
【００２１】
本発明を、カム山数が６、ピストンの個数が８、バルブプレートの通し孔の数が１２の２速マルチストローク形ラジアルピストンモータについて説明したが、カム山数が６よりも多い数、かくしてピストンの個数が８よりも多い数のラジアルピストンモータについて同様に適用できる。この場合、バルブプレートの通し孔の数は、カム山数×２に等しいが、これに対応する通し孔の相互角度間隔及び上記４つの通路５４〜６０に通じる通し孔の数も上記とは異なるが、これは当業者であれば容易に設計変更できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の切換弁装置が組み込まれた２速マルチストローク形ラジアルピストンモータの断面略図である。
【図２】図１に示す２速マルチストローク形ラジアルピストンモータの動作原理を説明する油圧回路図であり、バルブプレートと本発明の切換弁装置の関係を示す図である。
【図３Ａ】本発明の主切換弁のスプールの動作状態を示す略図である。
【図３Ｂ】本発明の主切換弁の動作状態を示す略図であり、スプールが図３Ａとは逆の方向に付勢された状態を示す図である。
【図４】従来型２速マルチストローク形ラジアルピストンモータの断面略図である。
【図５】図４に示す２速マルチストローク形ラジアルピストンモータの押退け機構部を示す略図である。
【図６】図４の２速マルチストローク形ラジアルピストンモータの動作原理を示す略図であり、バルブプレートと２速切換弁の関係を示す図である。
【図７Ａ】従来型２速マルチストローク形ラジアルピストンモータの切換弁の大容量モードにおける状態を示す図である。
【図７Ｂ】従来型２速マルチストローク形ラジアルピストンモータの切換弁の小容量モードにおける状態を示す図であり、スプールが図７Ａとは逆の方向に付勢された状態を示す図である。
【符号の説明】
１０，１１０２速マルチストローク形ラジアルピストンモータ
２４押退け機構部
３２，１３２バルブプレート
３４出力シャフト
４２，１４２切換弁装置
５４，５６，５８，６０給排ライン
６２主切換弁
６８補助切換弁

Claims

カム面を備えたカム、各々がカム面に係合した状態でこの上を相対的に転動するようになったローラを備える複数の半径方向ピストン及びこれらピストンを収納する複数のボアが設けられたシリンダブロックを含む押退け機構部と、作動油を押退け機構部のピストンに順次給排する円周方向に等角度間隔に設けられた複数の通し孔を備えるバルブプレートと、ピストンの往復運動をシャフトの回転運動として取り出す手段と、高圧状態と低圧状態に選択的に切り換え可能な２つの作動油ポートをバルブプレートの選択された数の通し孔に連通させることにより低速高トルク（大容量）モードと高速低トルク（小容量）モードとの間で動作の切り換えを行う切換弁装置とを有する２速ラジアルピストンモータにおいて、前記切換弁装置は、前記２つの作動油ポートに連通可能であって、バルブプレートの選択された数の通し孔に通じる少なくとも４つの別々の給排ラインを有する主切換弁と、主切換弁と連携して設けられていて、前記２つの作動油ポートのうち一方を高圧にすると、これに応じて油圧パイロット源を主切換弁に印加して高圧の作動油ポートを主切換弁の前記給排ラインのうち一つだけに連通させるよう動作できる補助切換弁とを有することを特徴とする２速ラジアルピストンモータ。
前記２速ラジアルピストンモータは、マルチストローク形のものであり、前記カムは、内側カム面を備えたリング状のカムから成り、前記シリンダブロックは、前記カムの内側に設けられた単一のシリンダブロックから成ることを特徴とする２速ラジアルピストンモータ。
内側カム面を備えたカムリング内に半径方向に設けられていて、各々が内側カム面に係合した状態でこの上を相対的に転動するようになったローラを備える複数のピストン及びこれらピストンを収納する複数のボアが設けられた単一のシリンダブロックを含む押退け機構部と、作動油を押退け機構部のピストンに順次給排する円周方向に等角度間隔に設けられた複数の通し孔を備えたバルブプレートと、ピストンの往復運動をシャフトの回転運動として取り出す手段と、高圧状態と低圧状態に選択的に切り換え可能な２つの作動油ポートをバルブプレートの選択された数の通し孔に連通させることにより低速高トルク（大容量）モードと高速低トルク（小容量）モードとの間で動作の切り換えを行う切換弁装置とを有する２速マルチストローク形ラジアルピストンモータにおいて、前記切換弁装置は、前記２つの作動油ポートに連通可能であって、バルブプレートの選択された数の通し孔に通じる少なくとも４つの別々の給排ラインを有する主切換弁と、主切換弁と連携して設けられていて、前記２つの作動油ポートのうち一方を高圧にすると、これに応じて油圧パイロット源からのパイロット圧を主切換弁に印加して高圧の作動油ポートを主切換弁の前記給排ラインのうち一つだけに連通させるよう動作できる補助切換弁とを有することを特徴とする２速マルチストローク形ラジアルピストンモータ。
前記主切換弁は、前記２つの作動油ポートのうち一方が高圧である場合に、前記パイロット圧により、前記一方の作動油ポートと前記４つの給排ラインのうち１つを連通させると共に残りの３つの給排ラインを低圧の他方の作動油ポートに連通させる第１の位置と、前記パイロット圧が生じていない場合に取る中立位置と、前記他方の作動油ポートが高圧である場合に、前記パイロット圧により、前記他方の作動油ポートと前記１つの給排ライン以外の１つの給排ラインに連通させると共に残りの３つの給排ラインを低圧の一方の作動油ポートに連通させる第２の位置との間で動くことができるスプールを有することを特徴とする請求項３記載の２速マルチストローク形ラジアルピストンモータ。
前記主切換弁は、スプールの互いに反対側にパイロット室を有し、これらパイロット室は、それぞれ補助切換弁を介して前記油圧パイロット源に連結されることを特徴とする請求項４記載の２速マルチストローク形ラジアルピストンモータ。
前記４つの給排ラインは、それぞれバルブプレートの所定の角度間隔毎に位置する通し孔に連通することを特徴とする請求項４記載の２速マルチストローク形ラジアルピストンモータ。
前記バルブプレートには、１２個の通し孔が設けられており、前記角度は、１２０°であることを特徴とする請求項６記載の２速マルチストローク形ラジアルピストンモータ。