JP2009209805A - 油圧モータのブレーキ機構 - Google Patents

Abstract

【課題】ブレーキピストンの端面と、その端面が当接するストッパー部との密着を抑制することが可能な油圧モータのブレーキ機構を提供すること。
【解決手段】ブレーキ機構１は、ブレーキピストン７を備え、このブレーキピストン７の端面７ｂにおいて、絞り付通路１１が開口する位置に当該端面７ｂ全周にわたって切欠部１２が形成されている。この切欠部１２は、その開口面積が、絞り付通路１１の大径部１１ａの開口面積よりも大きく、且つブレーキピストン７の段部７ａの受圧面積からブレーキバネ９のバネ力相当分の面積を引いた面積よりも小さくなるように形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、油圧モータのブレーキ機構に関する。

油圧モータのネガティブブレーキとしては、例えば特許文献１に記載されたようなものがある。特許文献１に記載されたブレーキ装置は、ブレーキ解除時、ブレーキピストンの端面が弁ボディのストッパー面（ストッパー部）に当接し、これにより圧油の排出通路が液密状態に封鎖される。その後のブレーキ作動時は、皿バネのバネ力によりブレーキピストンの端面が弁ボディのストッパー面から離れる（特許文献１の図２参照）。

特開２０００−８０９７３号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたような機構のブレーキ装置では、ブレーキ解除状態時、ブレーキピストンの端面と弁ボディのストッパー面との間に形成される真空状態や油の有する粘性などにより、当該端面と弁ボディのストッパー面とが密着してしまう恐れがある。そのため、ブレーキ解除状態からブレーキ作動状態に移行するときに、ブレーキピストンの端面が弁ボディのストッパー面から離れるタイミングにばらつきが生じ、その結果ブレーキ作動のタイミングがばらつくという問題があった。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、ブレーキピストンの端面と、その端面が当接するストッパー部との密着を抑制することが可能な油圧モータのブレーキ機構を提供することである。

課題を解決するための手段及び効果

本発明に係る油圧モータのブレーキ機構は、上記目的を達成するために以下のようないくつかの特徴を有している。すなわち、本発明に係る油圧モータのブレーキ機構は、以下の特徴を単独で、若しくは、適宜組み合わせて備えている。

上記目的を達成するための本発明に係る油圧モータのブレーキ機構における第１の特徴は、ケーシングに回転自在に支持された回転軸と、前記回転軸に取り付けられたシリンダブロックと、前記シリンダブロックの外周に取り付けられたインナーディスクと、前記ケーシングの内周に取り付けられたアウターディスクと、前記ケーシングの内周面に対して前記回転軸の軸方向に摺動可能に取り付けられた段付のブレーキピストンと、前記ブレーキピストンと前記ケーシングのカバーとの間に配置され、前記インナーディスクと前記アウターディスクとが摩擦係合する前記軸方向に当該ブレーキピストンを付勢するブレーキバネと、前記ブレーキピストンの段部と前記ケーシングとの間に形成され、前記ブレーキバネを圧縮する前記軸方向に当該ブレーキピストンを押圧する圧油が導入される圧力室と、前記カバーに形成され、前記ブレーキピストンの前記カバー側の端面が当接するストッパー部と、前記端面と前記圧力室とを接続する絞り付通路と、を備えた油圧モータのブレーキ機構であって、前記端面において、前記絞り付通路が開口する位置に形成された切欠部を具備し、前記切欠部の開口面積が、前記絞り付通路の大径部の開口面積よりも大きく、且つ前記段部の受圧面積から前記ブレーキバネのバネ力相当分の面積を引いた面積よりも小さくなるように、当該切欠部が形成されていることである。

この構成によると、ブレーキピストンの端面に上記切欠部を設けることにより、ブレーキピストンの端面がストッパー部に当接した際、圧力室から切欠部に導入された圧油は、ブレーキピストンをブレーキ作動側に押圧する。これにより、圧油がブレーキピストンをブレーキ解除側に（ストッパー部に向かって）押圧する力が全体として小さくなり、ブレーキピストンの端面とストッパー部との密着を抑制することができる。

また、本発明に係る油圧モータのブレーキ機構における第２の特徴は、前記切欠部が、前記端面の全周にわたって形成されていることである。この構成によると、ブレーキピストン端面の全周にわたって形成された切欠部により、ストッパー部と当接するブレーキピストン端面の当接幅（ブレーキピストン径方向の幅）が小さくなるため、ブレーキピストンの端面がストッパー部から離れるとき、当接面への圧油の流入が促進され、当該端面はストッパー部から離れやすくなる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しつつ説明する。尚、本発明に係る油圧モータのブレーキ機構（以下、「ブレーキ機構」と呼ぶ）は、例えば油圧ショベルなどの建設車両における走行装置などの駆動源として用いられる油圧モータのブレーキ機構である。

（ブレーキ機構の構成）
図１は、本発明の一実施形態に係るブレーキ機構を備えた油圧モータの一部切欠図である。図２は、図１のＣ部拡大図である。また図３は、図２に示すブレーキピストン単体をＡ方向から見た図である。

まず、図１および図２に示すように、油圧モータ１００は、ケーシング２と、ケーシング２の一端に取り付けられたカバー８と、ケーシング２内に収容された回転軸３およびシリンダブロック４とを備えている。回転軸３は、ケーシング２に対して回転自在に支持されている。シリンダブロック４は、回転軸３に対してスプライン結合され、回転軸３の軸方向Ｘには移動可能に、回転軸３の回転方向には回転軸３とともに回転するように回転軸３に取り付けられている。シリンダブロック４の複数のシリンダにはピストン１３が挿入され、このピストン１３は、シリンダ内面に対して回転軸３の軸方向Ｘに摺動可能となるようにシリンダに挿入されている。また、ケーシング２内にはピストン１３が当接する斜板１４が収容され、この斜板１４はケーシング２に対して支持されている。そして、カバー８側から、シリンダブロック４の各シリンダに対して給排される圧油によって、ピストン１３が斜板１４と当接しながら往復動を行うことでシリンダブロック４が回転するようになっている。回転軸３はシリンダブロック４の回転による回転力を出力するようになっている。このようにして、油圧モータ１００は、圧油の圧力エネルギーを用いて回転軸３を連続回転させることで機械的仕事をする。

次に、油圧モータ１００のブレーキ機構１は、シリンダブロック４の外周に取り付けられたインナーディスク５とケーシング２の内周に取り付けられたアウターディスク６とを備えている。インナーディスク５は、リング状に形成され、軸方向Ｘには移動可能に、シリンダブロック４の回転方向にはシリンダブロック４とともに回転するように、シリンダブロック４に対してスプライン結合により取り付けられている。また、アウターディスク６もリング状に形成されている。このアウターディスク６は、軸方向Ｘに移動可能となるようケーシング２に対してスプライン結合により取り付けられている。そして、インナーディスク５とアウターディスク６とは、摩擦係合するように相互に隣接して配設されている。

またブレーキ機構１は、ケーシング２の内周面に対して軸方向Ｘに摺動可能に取り付けられた段付のブレーキピストン７と、ブレーキピストン７とカバー８との間に配設されたブレーキバネ９とを備えている。ブレーキピストン７は、段付の筒状に形成され、ケーシング２の一端側の開口からケーシング２内に挿入されている。ブレーキバネ９は、インナーディスク５とアウターディスク６とが摩擦係合する軸方向Ｘ（Ａ方向）にブレーキピストン７を付勢するバネである。本実施形態においては、コイルバネが用いられているが、皿バネであってもよい。

さらにブレーキ機構１は、ブレーキピストン７の段部７ａと、ケーシング２との間に形成された圧力室１０を備えている。圧力室１０は、ブレーキピストン７の段部７ａと、段部７ａに対向する位置のケーシング２の内面とで区画されて形成されたものである。圧力室１０には、ブレーキ解除時に、カバー８に形成されたブレーキ解除通路２１からの圧油が、ケーシング２に形成された通路２２、２３を介して導入される。

また、ブレーキピストン７の大径部における外周部には、絞り付通路１１が形成されている。絞り付通路１１は、ブレーキピストン７のカバー８側の端面７ｂと、圧力室１０とを接続する通路であり、大径部１１ａと絞り部１１ｃとを有している。絞り部１１ｃは、圧力室１０側に形成されている。また、ブレーキピストン７のカバー８側の端面７ｂは、ブレーキ解除時に、カバー８の端面と当接する。この端面７ｂと当接するカバー８の端面がストッパー面８ａ（ストッパー部８ａ）であり、このストッパー面８ａによりブレーキピストン７のカバー８側への移動範囲が規定される。

ここで、ブレーキピストン７におけるカバー８側の絞り部１１ｃの開口位置には、切欠部１２が形成されている。この切欠部１２は、図３にハッチングで示したように、ブレーキピストン７の端面７ｂの全周にわたってリング状に形成されている。このリング状の切欠部１２は、ブレーキピストン７の端面において、ブレーキピストン７の径方向におけるエッジまでは形成されておらず、リング状の切欠部１２の内側にリング状のシール面７ｄが、リング状の切欠部１２の外側にリング状のシール面７ｃが形成され、シール面７ｄとシール面７ｃとでブレーキピストン７のカバー８側の端面７ｂが形成されている。

次に、切欠部１２は、その開口面積が、絞り付通路１１の大径部１１ａの開口面積よりも大きく、且つブレーキピストン７の段部７ａの受圧面積からブレーキバネ９のバネ力相当分の面積を引いた面積よりも小さくなるように形成されている。切欠部１２の開口面積とは、図３にハッチングで示したリング状範囲の面積のことをいう。絞り付通路１１の大径部１１ａの開口面積とは、図３に示した大径部１１ａの円の面積のことをいう。ここで、図４は、図２に示すブレーキピストン７に形成された絞り付通路１１周りの拡大図である。図２からわかるように、ブレーキピストン７の段部７ａは、ブレーキピストン７の周方向に形成されたリング状部分である。そして図４に示すように、この段部７ａの端面７１に対して、圧力室１０へ導入された圧油の圧力が作用し、ブレーキピストン７がＢ方向（ブレーキ解除方向）に押圧される。尚、段部７ａの端面７１はリング状の面である。すなわち、ブレーキピストン７の段部７ａの受圧面積とは、リング状の端面７１を、軸方向Ｘに直交する仮想面に投影した投影面の面積のことをいう。

次に、ブレーキバネ９のバネ力相当分の面積について説明する。図４において、ブレーキピストン７はブレーキ解除通路２１から供給されている圧油によりカバー８に当接している。この状態のブレーキバネ９の圧縮された長さをΔｘとし、ブレーキバネ９のバネ定数をｋとすると、ブレーキバネ９がブレーキピストン７をＡ方向（ブレーキ作動方向）に押圧するバネ力は、Ｆｂ＝ｋ・Δｘとなる。ここで、圧力室１０内（または絞り付通路１１内）の圧油の圧力をＰとすると、ブレーキバネ９のバネ力相当分の面積とは、Ｆｂ／Ｐで算出される面積のことをいう。

図４において、Ｆａは、ブレーキピストン７がカバー８に当接した際に、切欠部１２に作用する圧油がブレーキピストン７をＡ方向に押圧する力である。Ｆｃは、ブレーキピストン７における段部７ａの端面７１に作用する圧油がブレーキピストン７をＢ方向に押圧する力である。切欠部１２の開口面積が、絞り付通路１１の大径部１１ａの開口面積よりも大きく、且つブレーキピストン７の段部７ａの受圧面積からブレーキバネ９のバネ力相当分の面積を引いた面積よりも小さくなるように、切欠部１２が形成されている場合、Ｆｃ＞Ｆａ＋Ｆｂの関係が成立し、ブレーキピストン７の端面７ｂと、カバー８のストッパー面８ａとは、当接状態を維持することになる。

（ブレーキ機構の作動）
次に、ブレーキ機構１の作動について説明する。このブレーキ機構１は、油圧モータ１００が作動していない際に制動力を発揮する駐車用のブレーキとして用いられる。図５は、ブレーキ機構１の作動について説明するための図である。図５（ａ）は、油圧モータ１００の回転が停止しており、ブレーキ機構１が駐車ブレーキとして作動し制動力が発揮されている状態を示している。一方、図５（ｂ）は、油圧モータ１００が作動しシリンダブロック４が回転している状態を示している。

まず、図５（ａ）に示す状態では、シリンダブロック４への圧油の給排が停止しており油圧モータ１００が作動していない状態であり、ブレーキ解除通路２１からの圧油も圧力室１０に導入されていない状態となっている。そのため、ブレーキバネ９の付勢力によってブレーキピストン７が、Ａ方向（ブレーキ作動方向）に向かって移動して、インナーディスク５とアウターディスク６とが摩擦係合するように、ディスク（５、６）を押すことになる。これにより、インナーディスク５とアウターディスク６との間で制動力が発生し、駐車ブレーキとしての機能が果たされることになる。

次に、油圧モータ１００を作動させた場合には、ブレーキ機構１は図５（ｂ）に示す状態となる。油圧モータ１００を作動させる場合、シリンダブロック４への圧油の給排を開始するとともに、ブレーキ解除通路２１に圧油が供給され、この圧油は通路２２、２３を介して圧力室１０に導入される。圧力室１０に導入された圧油は、ブレーキバネ９を圧縮するＢ方向（ブレーキ解除方向）にブレーキピストン７を押圧するとともに、一部は絞り付通路１１に入る。ここで、ブレーキピストン７をＢ方向に押圧する圧油の力が、ブレーキピストン７をＡ方向に押圧するブレーキバネ９のバネ力よりも大きくなるように、ブレーキピストン７の段部７ａの受圧面積が設計されているため、圧力室１０に導入された圧油の力によって、ブレーキピストン７はＢ方向に向かって移動していく。これにより、インナーディスク５とアウターディスク６との摩擦係合が解除されて、インナーディスク５とアウターディスク６との間の制動力が発生しなくなりブレーキが解除される。その結果、シリンダブロック４が回転を開始し油圧モータ１００が作動することになる。ブレーキピストン７がＢ方向（ブレーキ解除方向）に向かって移動していき、その端面７ｂがカバー８のストッパー面８ａに当接すると、ストッパー面８ａによって絞り付通路１１の開口が閉塞され、絞り付通路１１内は液密状態に封鎖される。

油圧モータ１００を停止させる場合は、シリンダブロック４への圧油の給排を停止するとともに、ブレーキ解除通路２１から圧力室１０への圧油の導入も停止する。これにより、ブレーキバネ９の付勢力によって、ブレーキピストン７の端面７ｂが、カバー８のストッパー面８ａから離れ、ブレーキピストン７は、Ａ方向（ブレーキ作動方向）に向かって移動していく。

ここで、図６は、従来技術に係るブレーキ機構を示す図である。図６に示すように、従来のブレーキ機構では、ブレーキピストン１０７の端面１０７ｂに、上記実施形態で示したような絞り付通路１１の開口位置に形成された切欠部１２は存在しない。そのため、図６（ｂ）に示すブレーキ解除状態において、液密状態になった絞り付通路内の圧油が、ブレーキピストン１０７をＡ方向（ブレーキ作動方向）に押圧する力は小さく、ブレーキピストン１０７が強くカバー１０８に押し付けられるため、ブレーキピストン１０７の端面１０７ｂと、カバー１０８のストッパー面１０８ａとの間に形成される真空状態や油の有する粘性などにより、ブレーキピストン１０７の端面１０７ｂと、カバー１０８のストッパー面１０８ａとが密着してしまう恐れがあった。しかしながら、本発明のように、絞り付通路１１の開口位置に切欠部１２を設けることで、ブレーキピストン７の端面７ｂがカバー８のストッパー面８ａに当接した際、圧力室１０から切欠部１２に導入された圧油は、ブレーキピストン７をＡ方向（ブレーキ作動方向）に押圧する。すなわち、切欠部１２を設けることで、圧油がブレーキピストン７をブレーキ作動方向に押圧する力を増大させることができる。これにより、圧油が、ブレーキピストン７をその端面７ｂがカバー８のストッパー面８ａに当接する方向（Ｂ方向）に向かって押圧する力が全体として小さくなり、ブレーキピストン７の端面７ｂとストッパー面８ａとの密着を抑制することができる。その結果、ブレーキピストン７の端面７ｂがストッパー面８ａから離れるタイミングのばらつき、ひいては、ブレーキ作動のタイミングのばらつき、を大きく改善することができる。

また、ブレーキピストン７の端面７ｂ全周にわたって切欠部１２が形成されているので、ストッパー面８ａと当接するブレーキピストン７の端面７ｂの当接幅（図３に示すシール面７ｃおよびシール面７ｄの幅）が、従来に比して小さくなるため、ブレーキピストン７の端面７ｂがストッパー面８ａから離れるとき、端面７ｂ（シール面７ｃおよびシール面７ｄ）とストッパー面８ａとの間への圧油の流入が促進され、ブレーキピストン７の端面７ｂはストッパー面８ａから離れやすくなる。これにより、ブレーキ作動のタイミングのばらつきをより改善することができる。

本発明の一実施形態に係るブレーキ機構を備えた油圧モータの一部切欠図である。 図１のＣ部拡大図である。 図２に示すブレーキピストン単体をＡ方向から見た図である。 図２に示すブレーキピストンに形成された絞り付通路周りの拡大図である。 ブレーキ機構の作動について説明するための図である。 従来技術に係るブレーキ機構について説明するための図である。

符号の説明

１：ブレーキ機構
２：ケーシング
３：回転軸
４：シリンダブロック
５：インナーディスク
６：アウターディスク
７：ブレーキピストン
８：カバー
９：ブレーキバネ
１０：圧力室
１１：絞り付通路
１２：切欠部
１００：油圧モータ

Claims (2)

1. ケーシングに回転自在に支持された回転軸と、
   前記回転軸に取り付けられたシリンダブロックと、
   前記シリンダブロックの外周に取り付けられたインナーディスクと、
   前記ケーシングの内周に取り付けられたアウターディスクと、
   前記ケーシングの内周面に対して前記回転軸の軸方向に摺動可能に取り付けられた段付のブレーキピストンと、
   前記ブレーキピストンと前記ケーシングのカバーとの間に配置され、前記インナーディスクと前記アウターディスクとが摩擦係合する前記軸方向に当該ブレーキピストンを付勢するブレーキバネと、
   前記ブレーキピストンの段部と前記ケーシングとの間に形成され、前記ブレーキバネを圧縮する前記軸方向に当該ブレーキピストンを押圧する圧油が導入される圧力室と、
   前記カバーに形成され、前記ブレーキピストンの前記カバー側の端面が当接するストッパー部と、
   前記端面と前記圧力室とを接続する絞り付通路と、
   を備えた油圧モータのブレーキ機構であって、
   前記端面において、前記絞り付通路が開口する位置に形成された切欠部を具備し、
   前記切欠部の開口面積が、前記絞り付通路の大径部の開口面積よりも大きく、且つ前記段部の受圧面積から前記ブレーキバネのバネ力相当分の面積を引いた面積よりも小さくなるように、当該切欠部が形成されていることを特徴とする、油圧モータのブレーキ機構。
2. 請求項１に記載の油圧モータのブレーキ機構であって、
   前記切欠部が、前記端面の全周にわたって形成されていることを特徴とする、油圧モータのブレーキ機構。

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