JP2014202230A - 油圧式作業機のセンタージョイント - Google Patents

Abstract

【課題】
油圧式作業機のセンタージョイントにおいて、設計仕様の変更等により、所定の油圧系統の流量を増大させた時にも、当該油路のコア本体環状溝部分での圧力損失を発生させず、油温が上昇するのを防止する。
【解決手段】
この出願の発明では、コア本体内部にあって軸方向に延びる長さの異なる複数本の長孔およびコア本体の外周面部にあって上記長さの異なる複数本の長孔に対応連通する状態で周方向に延びる複数の環状溝を有するコアと、該コアの外周に相対回転可能に遊嵌されたボデーとを備えてなるセンタージョイントにおいて、上記コア本体外周面部の複数の環状溝は、上記コア本体の軸直交方向の断面において当該コア本体内部における長孔の本数が少なくなる軸先端側ほど溝を大きくし、圧力損失を低減して、油温の上昇を抑制するようにした。
【選択図】 図４

Description

この出願の発明は、旋回体を備えた油圧式作業機のセンタージョイントに関し、さらに詳しくは、そのコア部の構成に関するものである。

例えば、カーゴクレーンや高所作業車に代表される旋回体を備えた油圧式作業機では、ブーム等の旋回体と、該ブーム等の旋回体を起伏、伸縮、旋回可能に支持するポストと、該ポストを旋回装置を介して旋回可能に支持する基台（フレーム）とからなり、旋回装置部分には、上記基台側油圧源から、ウインチモータ、起伏シリンダ、伸縮シリンダ等の各種アクチュエータに必要な作動油を供給するセンタージョイントが設けられている（特許文献１を参照）。

このセンタージョイントＣＪは、例えば図５および図６に示されるように、基台（フレーム）上に固定された円柱体状のコア本体１０よりなるコア１と、該コア１の外周に位置して相対回転可能に設けられた円筒体状のボデー２とを備え、上記コア１には、上記コア本体１０の内部にあって軸方向に延びる長さの異なる複数本の長孔１０ａ〜１０ｆおよび１０ｇと、同コア本体１０の外周面部にあって、上記長さの異なる複数本の長孔１０ａ〜１０ｆおよび１０ｇにそれぞれ対応して連通する状態で周方向に延びる複数の環状溝１１ａ〜１１ｆおよび１１ｇを形成している。
また、上記ボデー２には、例えば図５および図７に示すように、その側面部に位置して厚肉部２２が形成され、上記コア本体１０外周面部の上記複数の環状溝１１ａ〜１１ｆおよび１１ｇに対応して各々半径方向に開口する複数のポート２３ａ〜２３ｆおよび２３ｇを形成している。
そして、上記コア本体１０内部の複数本の長孔１０ａ〜１０ｆおよび１０ｇの下端側接続口部には上記油圧源との油路が、また上記ボデー２の複数のポート２３ａ〜２３ｆおよび２３ｇには上記旋回体側各種アクチュエータとの油路が、それぞれ接続されるようになっている。
なお、上記複数本の長孔のうち、１０ａ〜１０ｆが作動油供給用のもの、１０ｇはドレン用のものである。

そして、従来の構成の場合、上記コア本体１０内の作動油供給用の複数本の長孔１０ａ〜１０ｆの各々に対応して連通する外周面部の複数の環状溝１１ａ〜１１ｆ各々の寸法・形状は、軸方向の全てのものが一定（同一）のものとなっていた。

実開昭６３−１９６８９２

以上のように、従来のセンタージョイントの構成では、コア本体１０外周の作動油供給用の複数の環状溝１１ａ〜１１ｆの寸法・形状は、全て一定（同一）のものとなっている。

そのため、例えば当該センタージョイントの設計仕様の変更により、特定の系統、あるいは幾つかの系統の流量を増大させた時には、当該油路のコア本体環状溝１１ａ〜１１ｆ部分での圧力損失が増大し、油温の上昇が所定値以上になるという問題が発生することがある。

そして、油温が所定値以上に上昇すると、油圧源である油圧ポンプや作動側各種アクチュエータの損傷防止や操縦性の確保のために作動を停止しなければならず、作業効率の悪いものとなる。また、圧力損失の高い状態での作業は、当該作業機の省エネ性能（燃費）をも悪化させる問題がある。

例えば、小型のカーゴクレーンなどの作業機の場合、車載貨物の積載量（積載スペース）を優先するなどの事情により、クレーン部分の小型化、省スペース化が要求される。このため、必然的に基台およびポスト、旋回装置部分の小型化が求められる。したがって、上述した油温の上昇等があっても、大型のもののようにオイルクーラーを設けるというわけにはゆかない。

そうは言いながらも、そのような作業機では、センタージョイントの小型化を図りながらも、ウインチ作業等の負荷の大きい作業を迅速、かつスムーズに行なうために十分な流量を確保することが必要である。

しかし、従来のような複数の環状溝の寸法、形状が全て同一であるコアを使用し、しかも小型化を図ったセンタージョイントで、そのような要求に応えることは不可能であり、特定の系統の環状溝の流量を増大させると、結局上述の油温上昇の問題を招くことになる。

この出願の発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、上記のような構成のセンタージョイントでは、コア本体側の軸方向に伸びる複数本の長孔（縦穴溝）は、各々軸方向の環状溝（ボデー側のポート位置に対応）の高さまで延びる孔の長さが異なり、先端側（延設端）になるほど本数が少なくなって、コア本体の軸直交方向の断面部分に余裕ができる点に着目し、その点を活用して、コア本体外周面部の複数の環状溝は、コア本体側の複数本の長孔の本数が少なくなる軸端側ほど大きく形成することにより、上記仕様変更等で流量を増大させたときにも圧力損失、油温上昇等の問題を発生させないようにした油圧式作業機のセンタージョイントを提供することを目的とするものである。

この出願の発明は、上述の問題を解決するために、次のような課題解決手段を採用して構成されている。
（１）請求項１の発明の課題解決手段
請求項1の発明では、上述のように、円柱体状のコアと該コアの外周に位置して相対回転可能に設けられた円筒体状のボデーとを備え、上記コアにはコア本体内部にあって軸方向に延びる長さの異なる複数本の長孔とコア本体の外周面部にあって上記長さの異なる複数本の長孔に対応して連通する状態で周方向に延びる複数の環状溝を各々形成する一方、上記ボデーには上記コア本体外周面部の複数の環状溝に対応して各々半径方向に開口する複数のポートを形成し、上記コア本体内部の複数本の長孔外端および上記ボデーの複数のポートの外端に、それぞれ所定の油路を接続してなる油圧式作業機のセンタージョイントにおいて、上記コア本体外周面部の複数の環状溝は、軸直交方向の断面において上記コア本体内部の長孔の本数が少なくなる軸先端側のものほど溝を大きくしたことを特徴としている。

上記のような円柱体構造のコア本体において、同コア本体の軸先端側ではその軸直交方向の断面部分における長孔の本数が少なくなることから、同断面部では、その外周面部を含めてスペース上の余裕がある。そこで、その余裕のあるスペースを生かして、例えば通路径など当該外周面部における環状溝の寸法等を大きくし、また断面形状などの形状の自由度を高くする。

したがって、同環状溝部分では、仕様変更その他の理由により、流す油量を増大させたとしても、油流通時の圧損を増大させなくて済む。このため、例えば仕様変更その他の理由により、油流量を増大させたい系統の油路を、それらに設定することにより、所望の仕様変更に対応することが可能となる。

その結果、作業時において、作業が不可能となる油温に達するまでの油温上昇時間が長くなり、作業機の使用時間を長くすることができるので、作業効率が向上する。また、低圧損での省エネ作業（省燃費作業）が可能となる。
（２）請求項２の発明の課題解決手段
請求項２の発明では、上述のコア本体が鋳造成型により構成されていることを特徴としている。

コア本体の外周面部における環状溝の形成に際し、鋳造による成型構造を採用すると、従来の切削加工による構造に比べて、コア本体内部に多くの本数の長孔があるコア本体外周面部の環状溝を、加工時の損傷などを問題にすることなく、容易かつ高精度に成型することができるようになり、軸端側の溝形状、寸法等の自由度が一層向上する。

この場合、より好ましくは精密鋳造による成型手段を採用すると、さらに効果的である。

以上の結果、本願発明によると、先に述べた従来の問題を略確実に解消し、設計仕様の変更によるセンタージョイントの小型化、その他の要望に適切に対応することができる。

図１は、この出願の発明の実施の形態に係る油圧式作業機のセンタージョイントの複数本の長孔および複数の環状溝、複数のポート相互の関係と構成を示すコアおよびボデー組付け状態における上下方向の断面図（下方から上方に順次長さが長くなる複数本の長孔１０ａ〜１０ｆ各々の周方向位置を所定角回転させて共通の周方向位置に集合させ、同一の周方向位置で各環状溝およびポートとの関係を示した縦断面図）である。 図２は、同センタージョイントの構成を示す底面図である。 図３は、同センタージョイントのコア本体の構成を示す図１と同様の断面図である。 図４の（Ａ）〜（Ｆ）は、同センタージョイントのコア本体の構成を示す断面図（図３の各切断線Ａ〜Ｆ部分における断面図）である。 図５は、従来の油圧式作業機のセンタージョイントの構成（特に図７のＸ−Ｘ線切断部の構成）を示す断面図である。 図６は、同従来のセンタージョイントの構成を示す底面図である。 図７は、同従来のセンタージョイントのボデー側部の構成を示す側面図である。

以下、この出願の発明の実施の形態に係る油圧式作業機のセンタージョイントの構成及びその特徴について、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

図１及び図２は、同センタージョイントのコアおよびボデーの組み付け状態における構成を、また図３は同センタージョイントのボデーを取り除いたコア本体部の構成を、さらに図４の（Ａ）〜（Ｆ）は、図３のコア本体部の軸方向各位置Ａ〜Ｆにおける環状溝部分の断面構造を、それぞれ示している。

まず全体的な構造を示す図１および図２において、符号ＣＪは本実施の形態におけるセンタージョイントを示している。このセンタージョイントＣＪは、全体として略円柱体状のコア本体１０を中心として構成されているコア１と、該コア１の外周に位置して相対回転可能に設けられた円筒体状のボデー２とを備え、上記コア１には上記コア本体１０の内部にあって軸方向に延びる上下方向の長さが異なる作動油供給用の複数本（６本）の長孔（縦溝）１０ａ〜１０ｆと、同コア本体１０の外周面部にあって上記長さの異なる複数本の長孔１０ａ〜１０ｆの各々に対応して連通する状態で周方向に延びる作動油供給用の複数の環状溝１１ａ〜１１ｆが形成されている。

また、それら複数本（６本）の長孔１０ａ〜１０ｆの内の１０ｅと１０ｆとの間には、ドレン用の小径の長孔１０ｇが形成されており、上記コア本体１０の外周面部には、該ドレン用の長孔１０ｇに対応して連通するドレン用の環状溝１１ｇが形成されている。

上記コア本体１０の下端部１２には、上記作動油供給用の複数本の長孔１０ａ〜１０ｆを油圧源側の作動油供給油路と接続するための複数の接続口１２ａ〜１２ｆと上記ドレン用の長孔１０ｇを油圧源側のドレン油路と接続するための接続口１２ｇが設けられている。そして、該接続口１２ａ〜１２ｆ、１２ｇ部分で各々油圧源側所定の油路（オイルパイプ等）と接続されるようになっている。

この実施の形態の場合、上記コア本体１０の下端部１２は、上記複数の環状溝１１ａ〜１１ｆ、１１ｇが形成されている本体部分の径よりも所定の寸法大径に形成されており、該大径の下端部１２部分に上記外周側複数本の長孔１０ａ〜１０ｆ、１０ｇの下端側を所定寸法半径方向外方にオフセット（曲成）する形で複数の接続口１２ａ〜１２ｆ、１２ｇを設けており、複数の接続口１２ａ〜１２ｆ、１２ｇの周方向相互の間隔を拡大している。

そして、それにより、例えばセンタージョイント小型化の観点から、上記複数の環状溝１１ａ〜１１ｆ、１１ｇのあるコア本体１０部分を可及的に小径化した場合にも、上記複数の接続口１２ａ〜１２ｆ、１２ｇ部分では十分な半径方向および周方向スペースを確保し、油圧源側の油路（オイルパイプ等）との接続には支障が生じないようにしている（図２参照）。

このコア本体１０部分は、例えばコア取り付けブラケット３およびコア取り付けボルト４、４・・により、車両フレーム等の基台側に取り付けられて固定されている
一方、上記ボデー２は、その上端２４側を旋回体側の基部であるポスト等に連結され、その下端部２３側を上記大径のコア本体下端部１２の上部に位置させた状態で相対回転可能に遊嵌支持されている。
また、上記ボデー２には、上記コア本体１０外周面部の上記複数の環状溝１１ａ〜１１ｆ、１１ｇに対応して各々半径方向に開口する複数のポート２１ａ〜２１ｆ、２１ｇが形成されている。これら複数のポート２１ａ〜２１ｆ、２１ｇが形成された上記ボデー２の外周部分は、部分的に肉盛されて所定の厚さの厚肉部２２とされており、該厚肉部２２の外方側にはアクチュエータ側各油路（オイルパイプ等）との接続口２２ａ〜２２ｆ、２２ｇが設けられている。
そして、この実施の形態の構成の場合、特に上記コア本体１０外周面部の作動油供給用の複数の環状溝１１ａ〜１１ｆは、例えば図３および図４に示す軸直交方向の断面（Ａ）〜（Ｆ）において、上記コア本体１０内部の長孔１０ａ〜１０ｆの本数が少なくなる軸先端側（図３の上端側）ほど溝寸法を大きくするとともに、所望の形状のものに形成している。

すなわち、上述のような構造のコア本体１０の場合、同コア本体１０の軸先端側（図３上端側）では、その軸直交方向の断面部分における複数本の長孔１０ａ〜１０ｆの本数が少なくなることから、同断面部では、その外周面部を含めてスペース上の余裕がある。これは、上述のように、センタージョイント小型化の観点から、上記環状溝１１ａ〜１１ｆ、１１ｇのあるコア本体１０部分を小型・小径化した場合にも相対的には同様である。そこで、このスペース上の余裕を生かして、例えば通路径など当該外周面部における作動油供給用の環状溝１１ａ〜１１ｆの寸法を大きくし、また断面形状などの形状の自由度を高くしている。

この間の関係を、例えばコア本体１０の構成を示す図１および図３と同図３に示されるコア本体１０の軸方向下端１２側から上端１３側に至る複数の切断位置（環状溝位置）Ａ〜Ｆにおける断面図（図４の（Ａ）〜（Ｆ））を参照して、少し詳しく説明する。

すなわち、この実施の形態の場合、上記コア本体１０内の作動油供給用の複数本の長孔１０ａ〜１０ｆは、最下端の環状溝１１ａを介してボデー２側最下端のポート２１ａに連通する長孔１０ａの長さが最も短かく、続いて環状溝１１ｂを介してポート２１ｂに連通する長孔１０ｂ、環状溝１１ｃを介してポート２１ｃに連通する長孔１０ｃ、環状溝１１ｄを介してポート２１ｄに連通する長孔１０ｄ、環状溝１１ｅを介してポート２１ｅに連通する長孔１０ｅ、環状溝１１ｆを介してポート２１ｆに連通する長孔１０ｆの順に少しずつ長くなってゆくように構成されている。つまり、下端側では密集していた６本の長孔１０ａ〜１０ｆも、上端側では５本、４本、３本、２本、１本と本数が少なくなってくる。

この状況を、図４の（Ａ）〜（Ｆ）に破線（消失部）と実線（存在部）の変化で識別できるように示している。また、それに対応して大きくなる上記環状溝１１ｂ〜１１ｆの溝深さ等通路寸法を通路幅を拡大することによって示している。

これによると、長孔１０ａがなくなる図４（Ｂ）の位置から、長孔１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆが順次なくなってゆく図４（Ｃ）〜図４（Ｆ）と、順次コア本体１０の上端側にかけて、順次環状溝１１ｂ〜１１ｆの通路幅が拡大されることがわかる。この実施の形態の場合、通路幅の拡大関係は次のようになる。

１１ａ＜１１ｂ＜１１ｃ＜１１ｄ＜１１ｅ＜１１ｆ
したがって、同環状溝１１ｂ〜１１ｆ部分では、仕様変更その他の理由により、流量を増大させたとしても、同通路幅の拡大分だけ油流通時の圧損を増大させなくて済む。このため、例えば仕様変更その他の理由により、流す油の流量を増大させたい系統の油路を、それら拡大溝１１ｂ〜１１ｆ部分に設定することにより、所望の仕様変更に対応することが可能となる。

その結果、作業時において作業が不可能となる油温に達するまでの油温上昇時間が長くなり、作業機の使用時間を長くすることができるので、作業効率が向上する。また、低圧損での省エネ作業（省燃費作業）が可能となる。

例えば、小型のカーゴクレーンなどの油圧式作業機の場合、先にも述べたように車載貨物の積載量（積載スペース）を優先するなどの事情により、クレーン部分の小型化、省スペース化が要求される。このため、必然的に基台およびポスト、旋回装置部分の小型化が求められる。したがって、上述した油温の上昇等があっても、大型のもののようにオイルクーラーを設けるというわけにはゆかない。

そうは言いながらも、そのような作業機では、センタージョイントの小型化を図りながらも、ウインチ作業等の負荷の大きい作業を迅速、かつスムーズに行なうために十分な油の流量を確保することが必要である。

そこで、この実施の形態の場合、一例として、上記図４（Ｅ）、（Ｆ）の最も通路幅を拡大することができる環状溝１１ｅ、１１ｆ部分をウインチモータ用の通路として構成している。そして、それによって、オイルクーラーなどの冷却手段を使用しなくても、不必要に油温を上昇させることなく、スムーズかつ迅速なウインチ作業を可能として、作業機およびセンタージョイント小型化の要求と吊荷作業の迅速性に対応できるようにしている。

また、それと同時に作業時に要求される作動油圧の大きさに応じて、例えば環状溝１１ｃ、１１ｄ部分を伸縮シリンダ用、１１ａ、１１ｂ部分を起伏シリンダ用に設定しており、それによって油圧源からの一定の油量を必要十分な範囲で適切に使い分けることにより、可及的なエコ作業（省燃費作業）を可能としている。
そして、この実施の形態の場合、上述のような構成の長孔１０ａ〜１０ｆおよび環状溝１１ａ〜１１ｆを備えたコア本体１０は、当該コア本体１０を例えば鋳造で成型することにより実現される。

このように、コア本体１０の外周面部において、上記のような各溝ごとに大きさおよび形状が異なる複雑な構造の環状溝１１ａ〜１１ｆを高精度に形成するに際して、鋳造による成型構造を採用すると、従来のような切削による溝加工の場合に比べて、コア本体１０内部に多くの本数の長孔１０ａ〜１０ｆがあるコア本体１０外周面部の環状溝１１ａ〜１１ｆも、切削加工による場合のような溝部の損傷を生じることなく、容易かつ高精度に成型することができるようになり、各環状溝の溝形状、寸法等の自由度、精度が大きく向上する。

また、それにより、上述のような長孔１０ａ〜１０ｆおよび環状溝１１ａ〜１１ｆがあるコア本体１０部分は可能な限り小径にしてセンタージョイントの小型化を図りながら、その下端部１２を大径として油圧源との接続口１２ａ〜１２ｆ相互間には余裕があるレイアウトを図ると言ったオフセット構造の通路構成も、比較的容易に実現できるようになる。

この場合、鋳造方法としては、例えばシェル型法等の精密鋳造による成型方法が採用される。

これらの結果、本実施の形態のセンタージョイント構造によると、先に述べた従来例の問題を略確実に解消し、設計仕様の変更によるセンタージョイントの小型化、その他の要望に適切に対応することができるようになる。

ＣＪはセンタージョイント、１はコア、２はボデー、１０はコア本体、１０ａ〜１０ｆは作動油供給用の複数本の長孔、１１ａ〜１１ｆは作動油供給用の複数の環状溝、１２はコア本体１０の下端部、１２ａ〜１２ｆは油圧源側の作動油供給用油路との接続口、２１ａ〜２１ｆはボデー２側の作動油供給用の複数のポート、２２ａ〜２２ｆは同複数のポート２１ａ〜２１ｆのアクチュエータ側作動油供給路との接続口である。

Claims (2)

1. 円柱体状のコアと該コアの外周に位置して相対回転可能に設けられた円筒体状のボデーとを備え、上記コアにはコア本体内部にあって軸方向に延びる長さの異なる複数本の長孔とコア本体の外周面部にあって上記長さの異なる複数本の長孔に対応して連通する状態で周方向に延びる複数の環状溝を各々形成する一方、上記ボデーには上記コア本体外周面部の複数の環状溝に対応して各々半径方向に開口する複数のポートを形成し、上記コア本体内部の複数本の長孔外端および上記ボデーの複数のポートの外端に、それぞれ所定の油路を接続してなる油圧式作業機のセンタージョイントにおいて、上記コア本体外周面部の複数の環状溝は、軸直交方向の断面において上記コア本体内部の長孔の本数が少なくなる軸先端側のものほど溝を大きくしたことを特徴とする油圧式作業機のセンタージョイント。
2. コア本体が、鋳造成型により構成されていることを特徴とする請求項１記載の油圧式作業機のセンタージョイント。

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