JP2007239562A - 液圧装置ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】 主液圧装置と、主液圧装置の回転軸から動力が伝達される副液圧装置とを含む液圧装置ユニットであって、副液圧装置を設けても主液圧装置の回転軸に作用する力を小さくし、かつ、動力伝達装置内に伝動歯車を支持する軸受の寿命を長くすることができる液圧装置ユニットを提供する。
【解決手段】 サブポンプ２２は、各回転軸に略平行に配置される入力軸３４を有し、駆動ポンプ２５の主回転軸２８から動力伝達装置３９によって動力が伝達される。動力伝達装置３９は、駆動歯車３１、入力歯車３７および伝動歯車３８を含み、前記各歯車は、駆動歯車３１および入力歯車３７から伝動歯車３８に働く力の合力が小さくなる位置に配置される。これによって伝動歯車３８を回転自在に支持する軸受の寿命を長くすることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、基体に固定される主液圧装置および副液圧装置を含んで構成される液圧装置ユニットに関する。

図５は、従来の技術の油圧ポンプ１を簡略化して示す断面図である。従来の技術は、特許文献１に記載されている。特許文献１に記載されている油圧ポンプ１は、基体２に固定され、駆動ポンプ３と従動ポンプ４とが並列に配置されてハウジング５に収容される。駆動ポンプ３は、ディーゼルエンジンなどの動力源から回転力が伝達される主回転軸６によって駆動される。従動ポンプ４は、従動回転軸７を有し、主回転軸６に固定される駆動歯車８に従動回転軸７に固定される従動歯車９が噛合して従動回転軸７に回転力が伝達され、これによって従動ポンプ４が駆動される。油圧ポンプ１は、たとえば油圧ショベルに設けられ、油圧ショベルの走行用または旋回用の油圧モータならびにブーム、アームなどの油圧シリンダの駆動源などとして用いられる。このような油圧ポンプ１は、油圧ショベルのパイロット圧源用および各種アクチュエータの駆動のために、たとえば小形のオプションギアポンプ１０などが油圧ポンプ１に複数、たとえば２つ別途に設けられる。各オプションギアポンプ１０は、各オプションギアポンプ１０が備える各駆動歯車が主回転軸６および従動回転軸７にそれぞれスプラインによって回転トルクが伝達可能に連結される。

特許第３１０３５３３号公報

前述の従来の技術にように、油圧ポンプ１の各回転軸６，７と同軸に、各オプションギアポンプ１０の回転軸を連結することによって、油圧ポンプ１の回転軸６とオプションギアポンプ１０の回転軸との合計の軸寸法Ｌ１が大きくなる。またオプションギアポンプ１０を取付けることによって、油圧ポンプ１の各回転軸６，７に働くねじりモーメントが大きくなるので、大きなトルクを消費するオプションギアポンプ１０を取付けるには、油圧ポンプ１の各回転軸６，７を直径を大きくするなどの大幅な設計変更が必要となる。

また基体２のポンプ取付面２ａから遠い位置、換言すると、ポンプ取付面２ａから距離Ｌ２だけ離間した重心位置にオプションギアポンプ１０を取付けるので、回転軸の半径方向の振動によって過大な曲げモーメントがポンプ取付面２ａに作用する。これによってポンプ取付面２ａおよび回転軸が損傷するおそれがある。

したがって本発明の目的は、主液圧装置の回転軸から副液圧装置の入力軸へ動力を伝達する伝動歯車に作用する合力を軽減し、当該伝動歯車が取付けられる軸の軸受寿命を長くすることができる液圧装置ユニットを提供することである。

本発明は、予め定める基体に固定される複数の主液圧装置であって、回転軸をそれぞれ有し、各回転軸が互いに略平行に配置され、互いに連動される複数の主液圧装置と、
前記基体に固定される副液圧装置であって、各回転軸に略平行に配置される入力軸を有し、入力軸に前記回転軸のいずれか１つから動力伝達装置によって動力が伝達されて駆動される副液圧装置とを含み、
前記動力伝達装置は、
各回転軸のいずれか１つに設けられる駆動歯車と、
入力軸に設けられる入力歯車と、
駆動歯車および入力歯車に噛合する伝動歯車とを有し、
駆動歯車、入力歯車および伝動歯車は、各回転軸線が同一平面内に配置される位置と比較して、駆動歯車および入力歯車から伝動歯車に働く力の合力が小さくなる位置に配置されることを特徴とする液圧装置ユニットである。

本発明によれば、駆動歯車、入力歯車および伝動歯車は、各回転軸線が同一平面内に配置される位置と比較して、駆動歯車および入力歯車から伝動歯車に働く力の合力が小さくなる位置に配置される。液圧装置のように伝達される動力が大きい装置では、伝動歯車に働く力が大きくなるが、このような伝動歯車であっても、前述のように各歯車を配置を変更するだけで、伝動歯車に働く力の合力を可及的に小さくすることができる。このように装置の構成を大きく変更することなく、簡便に伝動歯車に働く力の合力を小さくすることができる。これによって各回転軸線が同一平面内に配置される場合と比較して、伝動歯車が取付けられる軸の軸受の寿命を長くすることができる。

図１は、本発明の実施の一形態の油圧装置ユニット２０を簡略化して示す断面図である。油圧装置ユニット２０は、たとえば油圧ショベルなどの建設機械に用いられ、メインポンプ２１、サブポンプ２２および動力伝達装置３９を含んで構成される。メインポンプ２１は、予め定める基体２３のポンプ取付面２４に固定される。メインポンプ２１は、複数の主液圧装置を備え、本実施の形態では、２つの主液圧装置である駆動ポンプ２５および従動ポンプ２６を備える。メインポンプ２１は、各ポンプを並列に収容して構成されるパラレル形油圧ポンプである。サブポンプ２２は、副液圧装置であって、メインポンプ２１から伝達される動力によって駆動される。動力伝達装置３９は、メインポンプ２１の動力をサブポンプ２２に伝達する。動力伝達装置３９は、複数の歯車を有し、この歯車によって動力を伝達する。サブポンプ２２は、メインポンプ２１に着脱自在に設けられる。またメインポンプ２１は、たとえばサブポンプ２２の水平方向一方に設けられる。

駆動ポンプ２５および従動ポンプ２６は、たとえば斜板式ピストンポンプによって実現される。駆動ポンプ２５および従動ポンプ２６は、メインポンプ２１のハウジング２７内に設けられる。駆動ポンプ２５は、回転軸である主回転軸２８を有し、従動ポンプ２６は、他の回転軸である従動回転軸２９を有する。主回転軸２８および従動回転軸２９は、互いに略平行に配置される。主回転軸２８は、軸線方向一端部がハウジング２７から突出して設けられ、ハウジング２７に設けられる軸受３０によって軸線周りに回転自在に設けられる。従動回転軸２９は、ハウジング２７に設けられる軸受３０に軸線周りに回転自在に設けられる。主回転軸２８には、動力伝達装置３９を構成する駆動歯車３１が設けられる。従動回転軸２９には、動力伝達装置３９を構成する連動歯車である従動歯車３２が設けられ、従動歯車３２が駆動歯車３１に噛合する。

主回転軸２８の軸線方向一端部には、たとえばディーゼルエンジンまたはガソリンエンジンなどのエンジンまたは電動機３３から動力が入力される。主回転軸２８に与えられた動力は、駆動歯車３１および従動歯車３２を介して従動回転軸２９に伝達される。したがって駆動ポンプ２５および従動ポンプ２６は、互いに連動する。メインポンプ２１は、２つのポンプ２５，２６を駆動して吸入口から吸入した作動油を吐出口から吐出し、油圧ショベルの走行用油圧モータまたは旋回用油圧モータ、または油圧シリンダを駆動させる。

サブポンプ２２は、回転軸である入力軸３４を有する。入力軸３４は、主回転軸２８および従動回転軸２９に略平行に配置される。入力軸３４は、ハウジングに設けられる軸受によって回転自在に設けられる。入力軸３４には、動力伝達装置３９を構成する入力歯車３７が設けられる。また動力伝達装置３９は、伝動歯車３８を有し、この伝動歯車３８は、駆動歯車３１および入力歯車３７に噛合する。主回転軸２８に与えられた動力は、駆動歯車３１、伝動歯車３８および入力歯車３７を介して入力軸３４に伝達される。入力軸３４に伝達された動力によって、入力軸３４に設けられるポンプ４０を駆動して吸入口から吸入した作動油を吐出口から吐出し、油圧ショベルの走行用油圧モータまたは旋回用油圧モータ、または油圧シリンダを駆動させる。

図２は、動力伝達装置３９に関連する構成の一部を簡略化して示す正面図である。図３は、油圧装置ユニット２０の動力伝達装置３９に関連する構成の一部を簡略化して示す平面図である。動力伝達装置３９は、主回転軸２８からの動力をサブポンプ２２に伝達する。動力伝達装置３９は、駆動歯車３１、入力歯車３７および伝動歯車３８によって、入力軸３４に主回転軸２８からの動力を伝達する。また動力伝達装置３９は、駆動歯車３１が設けられる主回転軸２８とは異なる他の回転軸である従動回転軸２９に設けられ、駆動歯車３１に噛合する従動歯車３２によって、主回転軸２８からの動力を従動回転軸２９に伝達する。

各歯車３１，３２，３７，３８は、噛合している他の歯車から力を受け、その力の向きは、歯車および歯車列の構成によって変化し、たとえば駆動側の歯車および従動側の歯車によって変化し、また歯車の回転方向および歯車の圧力角αによっても変化する。複数の他の歯車に噛合する歯車、本実施の形態では駆動歯車３１および伝動歯車３８は、他の歯車と噛合する位置を変更することによって、各歯車から受ける力の合力が変化する。

駆動歯車３１は、本実施の形態では、軸線周りに回転方向Ｒ１（図３で時計まわり）に主回転軸２８によって回転駆動される。これによって伝動歯車３８は、軸線周りに回転方向Ｒ２（図３で反時計まわり）に回転し、入力歯車３７は、軸線周りに回転方向Ｒ３（図３で時計まわり）に回転し、従動歯車３２は、軸線まわりに回転方向Ｒ４（図３で反時計まわり）に回転する。

また本実施の形態では、その一例として各歯車３１，３２，３７，３８の歯数は互いに等しいものとして説明する。駆動歯車３１から伝動歯車３８に働く力を、第１力Ｆ１とし、入力歯車３７から伝動歯車３８に働く力を、第２力Ｆ２とする。本実施の形態では、第１力Ｆ１と第２力Ｆ２とは、互いに等しくこれを力Ｆｔする。また伝動歯車３８から駆動歯車３１に働く力を、第３力Ｆ３とし、従動歯車３２から駆動歯車３１に働く力を、第４力Ｆ４とする。

駆動歯車３１、伝動歯車３８および従動歯車３２は、伝動歯車３８および従動歯車３２から駆動歯車３１に働く力の合力Ｆｂが最も小さくなる位置、またはその位置付近に配置される。本実施の形態では、駆動歯車３１、従動歯車３２および伝動歯車３８は、各回転軸線が同一平面内に配置される。従動歯車３２は、駆動歯車３１に関して伝動歯車３８とは反対側に設けられる。このように各歯車３１，３２，３８を配置することによって、駆動歯車３１に働く第３力Ｆ３および第４力Ｆ４の向きを互いに反対にすることができる。これによって駆動歯車３１に働く力の合力である第２合力Ｆｂは、可及的に小さくすることができる。また駆動歯車３１の歯数は、たとえば偶数に選択される。これによって各回転軸線を同一平面内に配置して、駆動歯車３１と伝動歯車３８との噛合部と、駆動歯車３１と従動歯車３２の噛合部とを、駆動歯車３１の回転軸線に関して、対象となる位置に配置することができる。したがって駆動歯車３１に働く第３力Ｆ３および第４力Ｆ４の向きを、確実に互いに反対にすることができる。

また駆動歯車３１、入力歯車３７および伝動歯車３８は、各回転軸線が同一平面内に配置される位置と比較して、駆動歯車３１および入力歯車３７から伝動歯車３８に働く力の合力Ｆａが小さくなる位置に配置される。入力歯車３７がたとえば図３の仮想線に示す位置に配置されると、駆動歯車３１、入力歯車３７および伝動歯車３８は、各回転軸線が同一平面内に配置される。このように各回転軸線が同一平面内にある位置から、入力歯車３７の回転軸線が、伝動歯車３８の回転軸線まわりに回転方向Ｒ２と逆方向へ配置角θだけ角変位した位置に配置される。このように配置角θだけ角変位した位置における、伝動歯車３８に働く反力の第１合力Ｆａは、次式によって表すことができる。
Ｆａ^２＝２Ｆｔ^２＋２Ｆｔ^２ｃｏｓ（θ＋２α） …（１）
式（１）に示すように、第１合力Ｆａの２乗の値は、配置角θによって変化する。

図４は、第１合力Ｆａと配置角θとの関係を示すグラフである。横軸は、（θ＋２α）の値を示し、縦軸は第１合力Ｆａの２乗の値を示す。図４に示すグラフは、式（１）に基づいて作成される。式（１）に示すように、第１合力Ｆａの２乗の値は、配置角θによって変化する。配置角θは、式（１）から、次式（２）の条件を満足する値が選択される。
２α＜（θ＋２α）＜（３６０−２α） …（２）

配置角θが式（２）を満足するように配置することによって、第１合力Ｆａの値を小さくすることができる。配置角θは、式（２）の条件を満足する角度であって、たとえばサブポンプ２２をメインポンプ２１に装着するときに、入力歯車３７が装着の妨げにならないような角度が選択される。たとえば圧力角αが２０度の場合、配置角θを４５度としたときの第１合力Ｆａは、式（１）を用いて計算することができ、入力歯車が、たとえば図３に仮想線で示す位置（配置角θが０度）の第１合力Ｆａを１としたときと比べて、配置角θが４５度のときの第１合力Ｆａは約０．７８５に低減される。

前述のように本実施の形態の油圧装置ユニット２０では、サブポンプ２２には、各回転軸に略平行に配置される入力軸３４を有し、主回転軸２８から動力伝達装置３９によって動力が伝達される。動力伝達装置３９を用いることによって、従来の技術のように、主回転軸２８をサブポンプ２２の入力軸３４と一体となす装置、換言すると動力伝達装置３９を用いずにメインポンプ２１とサブポンプ２２とが一体となって構成される装置よりも、入力軸３４の軸線方向の長さ寸法を小さくすることができる。基体２３に固定される装置では、主回転軸２８および入力軸３４に設けられる装置の自重によって曲げ応力が作用するが、入力軸３４の軸線方向の長さ寸法を小さくすることができるので、この曲げ応力を小さくすることができる。これによって動力伝達装置３９が設けられる回転軸の強度を、サブポンプ２２によって変更することなく動力を取出すことができる。

また駆動歯車３１、入力歯車３７および伝動歯車３８は、各回転軸線が同一平面内に配置される位置と比較して、駆動歯車３１および入力歯車３７から伝動歯車３８に働く力の合力が小さくなる位置に配置される。これによって油圧装置のように伝達される動力が大きい装置では、伝動歯車３８に働く力が大きくなるが、このような伝動歯車３８であっても、前述のように各歯車を配置を変更するだけで、伝動歯車３８に働く力の合力を可及的に小さくすることができる。このように装置の構成を大きく変更することなく、簡便に伝動歯車３８を回転自在に支持する軸受に働く力を小さくすることができる。これによって伝動歯車３８を回転自在に支持する軸受の寿命を長くすることができる。

また本実施の形態では、駆動歯車３１、伝動歯車３８および従動歯車３２は、伝動歯車３８および従動歯車３２から駆動歯車３１に働く力の合力が最も小さくなる位置、またはその位置付近に配置される。これによって駆動歯車３１を支持する軸受の寿命を長くすることができる。

本発明の実施の一形態の油圧装置ユニット２０を簡略化して示す断面図である。 動力伝達装置３９に関連する構成の一部を簡略化して示す正面図である。 油圧装置ユニット２０の動力伝達装置３９に関連する構成の一部を簡略化して示す平面図である。 第１合力Ｆａと配置角θとの関係を示すグラフである。 従来の技術の油圧ポンプ１を簡略化して示す断面図である。

符号の説明

２０ 油圧装置ユニット
２１ メインポンプ
２２ サブポンプ
２３ 基体
２５ 駆動ポンプ
２６ 従動ポンプ
２８ 主回転軸
２９ 従動回転軸
３１ 駆動歯車
３２ 従動歯車
３４ 入力軸
３７ 入力歯車
３８ 伝動歯車
３９ 動力伝達装置

Claims (1)

1. 予め定める基体に固定される複数の主液圧装置であって、回転軸をそれぞれ有し、各回転軸が互いに略平行に配置され、互いに連動される複数の主液圧装置と、
   前記基体に固定される副液圧装置であって、各回転軸に略平行に配置される入力軸を有し、入力軸に前記回転軸のいずれか１つから動力伝達装置によって動力が伝達されて駆動される副液圧装置とを含み、
   前記動力伝達装置は、
   各回転軸のいずれか１つに設けられる駆動歯車と、
   入力軸に設けられる入力歯車と、
   駆動歯車および入力歯車に噛合する伝動歯車とを有し、
   駆動歯車、入力歯車および伝動歯車は、各回転軸線が同一平面内に配置される位置と比較して、駆動歯車および入力歯車から伝動歯車に働く力の合力が小さくなる位置に配置されることを特徴とする液圧装置ユニット。

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