JP4171998B2

JP4171998B2 - 回転流体圧装置

Info

Publication number: JP4171998B2
Application number: JP01566299A
Authority: JP
Inventors: エドワードヤキモウスコット; ラルアッパルソーハン
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 1998-01-23
Filing date: 1999-01-25
Publication date: 2008-10-29
Anticipated expiration: 2019-01-25
Also published as: BR9900242A; DE69909340D1; US6030194A; DE69909340T2; DK0931936T3; EP0931936B1; JPH11257203A; EP0931936A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、油圧モータとして使用される回転流体圧装置に関し、より具体的には、流体変位機構がジェロータギヤセットであるモータおよびバルブ機構がスプールバルブ形式のモータに関するものである。
【０００２】
流体変位機構としてジェロータギヤセットを含む回転流体圧装置は、一般的に低速高トルクモータとして使用される。そのようなジェロータモータは、伝統的に「スプールバルブ」形式および「ディスクバルブ」形式に分類されてきた。スプールバルブジェロータモータでは、バルブ作動は、スプールバルブと、周囲のハウジングによって形成されたスプールボアとの間の円筒状の境界面において行われる。ディスクバルブ形式においては、バルブ作動は、ディスクバルブと固定バルブ部材との平坦な横断平面状の境界面において行われる。本発明は、ポンプとして利用されるジェロータ形式の装置を含むが、特に、低速高トルクジェロータモータに適用することができ、これに関連して説明する。
【０００３】
長年にわたって、本発明の譲受人および同様に他人によって製造され、商業的に販売されたそれらのジェロータモータの中のいくつかは、モータのバルブ機構がジェロータギヤの「後方」に配置され、また、特にディスクバルブ形式に関するものであった。さらに最近では、本発明の譲受人は、スプールバルブをジェロータギヤセットの後方（すなわち出力端の反対側）に配置したモータを商業化し始めている。
【０００４】
低速高トルクジェロータモータの多くの車両への適用においては、モータがパーキングブレーキすなわちパーキングロックの類を有していることが望ましく、特定の車両への適用においては、モータが、車両がまだ動いているうちに車両を停止させるために用いることができる動的ブレーキの類を有していることが望ましい。ここで使用される「動的」ブレーキという用語は、動的能力を有する、すなわち、車両がまだ動いているうちに使用し始めることができるブレーキを意味するが、「動的」は、車両が通常の運転速度で移動しているときに使用される本来のサービス形式のブレーキを意味しない。
【０００５】
長年にわたって、当業者は、ブレーキおよびロック装置をジェロータモータに組込む試みを行ってきた。そのような装置の例は、米国特許第3,616,882 号および第4,981,423 号に記述されている。米国特許第3,616,882 号の装置においては、ブレーキ要素は、ジェロータスターの前端に隣接して配置されて、流体圧力によって付勢されて、これと摩擦係合する。このような構造は、隙間の変動等の点から、ある程度性能の不安定性を伴う。また、このような構造は、モータの当板および前部軸受の実質的な設計変更を必要とする。
【０００６】
米国特許第4,981,423 号の装置では、「ばね作動圧力解放」型の多重ディスクブレーキアセンブリが設けられている。米国特許第4,981,423 号の構造は、前部軸受ハウジングの全体的な設計変更を必要とし、結果としてベアリングハウジングが大型化する。加えて、このディスクパックは、出力軸にスプライン結合しているため、モータの全出力トルクを制動すなわち拘束できることが必要であり、このため、ディスク、ばね、および作動／解放ピストンが全て所望のものよりも大きくする必要がある。関連する問題は、このようなブレーキ構造では、出力軸の横荷重容量等のモータの性能評価がある程度減少する可能性があり、一般的に、これがＯＥＭ取引先によって非常に望ましくないとみなされることである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の目的は、非常に小型で高効率、かつ、オプションとして選択可能なブレーキパッケージを製造するためにモータの実質的な設計変更を必要としない改良されたドライブおよびブレーキ構造を有する改良されたジェロータモータを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記および他の目的は、流体入口ポートおよび流体出口ポートを有するハウジング手段と、ハウジング手段に関連する流体エネルギ変換変位手段とを含み、流体エネルギ変換変位手段が、内歯付部材および内歯付部材内に偏心して配置された外歯付部材を含み、これらが互いに軌道および回転運動し、軌道および回転運動に応答して拡張および収縮流体容積室を形成する形式の回転流体圧装置を提供することによって達成される。バルブ手段は、ハウジング手段と協働して、入口ポートと拡張容積室との間および収縮容積室と出口ポートとの間を流体接続する。シャフト手段は、外歯付部材からトルクを伝達するために設けられ、外歯付部材に係合する軌道端部および回転端部を有している。バルブ手段は、ハウジング手段によって形成されたスプールボア内に配置された略円筒状のスプールバルブを備え、変位機構のシャフト手段とは反対側に配置されている。
【０００９】
この改良された回転流体圧装置は、ハウジング手段が、スプールバルブのシャフト手段とは反対側に配置されたブレーキ室を形成し、スプールバルブが軸方向にブレーキ室内に配置される延長部を含んでいることを特徴とする。少なくとも１つがスプールバルブによって形成された延長部に回転方向に固定され、かつ、少なくとも１つがハウジング手段に対して回転しないように固定された複数のブレーキディスクがブレーキ室内に配置されていることを特徴とする。
【００１０】
軸方向に移動可能なピストンが、ブレーキディスクに軸方向に隣接して配置されており、ピストンおよびブレーキディスクをブレーキ係合するように付勢する付勢手段が設けられている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の限定を意図しない図面を参照すると、図１は、本出願の譲受人に譲渡され、開示内容が参考として本説明に含まれる米国特許第5,228,846 号に記述された一般的な形式の低速高トルクジェロータモータを示す。このモータは、全体として符号11で示され、ボルトＢ（図１には１つのみ図示されるが、図３には全部が図示される）等によって一体に締結された複数の部分を備えている。モータ11は、拡径フランジ部15を有する前端キャップ13を含んでいる。モータ11は、さらに、全体として符号17で示されるジェロータ変位機構（変位手段）およびバルブハウジング部19（ハウジング手段）を含んでいる。
【００１２】
ジェロータ変位機構17は、当該技術において公知であり、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第4,533,302 号に参照されており、この特許の内容は参考として本説明に含まれ、ここでは簡単にのみ説明されている。より具体的には、ジェロータ機構（ギヤセット）17は、複数のローラ22からなる内歯を有する内歯付リング部材21（内歯付部材）およびリング部材21内に偏心して配置されてリング部材21よりも１つ少ない歯を有する外歯付スター部材23（外歯付部材）を含んでいる。本実施形態では、例示に過ぎないが、スター部材23は、固定されたリング部材21に対して軌道および回転運動して、この軌道および回転運動が複数の拡張流体容積室25および収縮流体容積室27を形成する（図３参照）。
【００１３】
再び主に図１を参照して、ここに示されるモータは、「ベアリングレス」モータとして言及されるものであり、モータの一体部分としての出力軸を含んでいない。代わりに、モータ11によって駆動される装置は、１組の直線状の内側スプラインを含み、そして、このスプラインに、「ドッグボーン」軸として言及される主駆動軸35（シャフト手段）の前端に形成された１組の冠状の外側スプライン35が係合される。駆動軸35の後方端に１組の冠状の外側スプライン37が配置されて、スター部材23の内径に形成された１組の直線状の内側スプライン39に係合されている。本実施形態では、図３に最もよく参照されるように、リング部材21は、11個の内歯を含み、また、スター部材23は10個の外歯を含んでいる。このため、スター部材23の10軌道周期の結果としてスター部材23の１回転が完了して主駆動軸35が完全に１回転する。本発明は、スター部材23、ドッグボーン35および適合装置の間のスプライン結合という表現で記述されているが、このことが本発明の本質的な特徴ではないことは、当業者には理解されるはずである。
【００１４】
バルブハウジング部19は、端部キャップ41が取付けられて、スプールボア43を形成している。スプールボア43内には、バルブスプール45が配置されており、詳細については後述する。駆動軸35は、前端部に１組の直線状の内側スプライン49を有するボア47を形成している。バルブスプール45の前端部には、もう一方の１組の直線状の内側スプライン51が配置されており、これらのスプライン49および51には、それぞれバルブ駆動軸57の前後端部に形成された僅かに冠状のスプライン53，55が係合されている。
【００１５】
図１および図４を主に参照すると、バルブハウジング部19は、流体入口ポート58および流体出口ポート59を形成している。このハウジング部19は、また、概略的にのみ示される複数の流体通路61，63，65，67（通路63，65は、図１にも示されている）を形成しており、これらは、全体として符号69で示される制御バルブ構造からスプールボア43への流体接続を提供している。簡単な図解のため、ポート58，59および制御バルブ69はバルブハウジング19内にあるように示されているが、実際の製造においては、一般的に制御バルブ69を収容する別体のマニホールドハウジングが設けられ、これがハウジング部19にボルトで結合される。
【００１６】
バルブスプール45は、複数の環状溝71，73，75，77を形成し、これらは、それぞれ流体通路61，63，65，67に常時流体連通している。バルブハウジング部19は、軸方向に延びる複数の通路79形成し、これらは、それぞれその図１における右端の拡大開口80を有している（簡単な図解のため、開口80は、図３においても示され、外側へ隣接するボルトＢへ延びている）。各々の拡大開口80は、それぞれ隣接する拡張または収縮容積室25または27に接続される。
【００１７】
各々の軸方向に延びる通路79は、第１切換開口81および第２切換開口83を含んでいる。図１および図２に最もよく参照されるように、各々の第１切換開口81は、スプールボア43の環状溝71，73間に開口するが、各々の第２切換開口83は、スプールボア43の環状溝75，77間に開口する。各通路79に２つの切換開口を設ける理由については、後述する。
【０００８】
主に図２を参照すると、バルブスプール45の付加的な構造の詳細が参照される。バルブスプール45の軸方向のほぼ中央にシールランド85が設けられ、シールランド85は、隣接するスプールボア43の表面と協働して実質的にジャーナル軸受のはめあい、すなわち、約0.0002インチ(0.00508mm) から約0.0005インチ(0.0127mm)の範囲の径方向隙間となるように、適当な寸法および仕上げとなっており、その理由は後述する。モータ11が低速高トルクモード（図４に示される制御バルブ69の位置に対応する）で作動すると同時に、シールランド85の左側領域は、全体として符号87で示される高圧領域を構成し、また、シールランド85の右側領域は、全体として符号89で示される低圧領域を構成する。
【００１９】
各々の環状溝71，73，75，77には、複数の軸方向通路91，93，95，97（「タイミングスロット」ともいわれる）がそれぞれ接続されている。本実施形態では、リング21に11個の内歯があるので、通路79、第１切換開口81および第２切換開口83がそれぞれ11個設けられている。さらに、スター23に10個の外歯があるので、それぞれ10個の軸方向通路91，93（各々５個）および軸方向通路95，97（各々５個）が設けられている。軸方向に延びる通路79の各々について２つの切換開口81，83が設けられている理由を次に説明する。
【００２０】
通常の高トルク低速モードの作動では、高圧流体が、軸方向通路91，93と同様に環状溝71，73を満たすのに対して、環状溝75，77および軸方向通路95，97には低圧流体が入っている。このため、図２を参照して、「最上」部の切換開口81，83に関連する軸方向に延びる通路79には、低圧流体が入っている（なぜなら開口83は通路95とオーバラップしている）。その結果として、開口81（低圧）は、軸方向通路93（高圧）に隣接して、これらの間に短い高圧−低圧境界面が存在する。この状態は、図２において最上部２つの開口の下に続く２つの開口81，83でも同様であるが、この場合、開口81と、最も近い隣接する通路91または93との間により大きなシールランドが存在する。図２に示される構造は、結果として、少なくとも当該モータが低速高トルクモードで作動しているとき、全体的に（すなわち「効果的に」）高圧−低圧境界面を減少させ、これにより、ポート間を短絡する漏れ(cross-port leakage)が実質的に減少する。
【００２１】
再び図１を主に参照すると、本発明の改良されたドライブおよびブレーキ構造が示されている。当業者には公知のように、主駆動軸35の一端部は、単に回転するだけであるのに対して、そのスプライン37が配置された端部は、軌道および回転運動し、この軌道運動はジェロータスター23の全偏心量で行われる。このため、バルブ駆動軸57は、駆動軸35の端部（スプライン33）の純粋な回転運動をスプールバルブ45に伝達して、バルブ駆動軸57の軸がスプールバルブ45の回転軸にほぼ一致して維持される。その結果として、軸57は、簡単で安価に製造できるものとなる。
【００２２】
本発明の重要な特徴によれば、端部キャップ41は、隣接するバルブハウジング部19の端部と協働して、ブレーキ室41c を形成し、また、スプールバルブ45は、軸方向にブレーキ室41c 内へ延びる延長部45e を含んでいる。本発明の本質的な特徴ではないが、好ましくは、延長部45e は、スプールバルブ45と一体に形成される。延長部45e は、１組の外側スプライン 102を形成しており、本実施形態ではスプライン 102は直線状である。スプライン 102周囲には、スプライン 102にスプライン結合する複数の内側スプライン付ディスクを含む１組のブレーキディスクが設けられている。また、端部キャップ41に形成された１組の直線状の内側スプライン 108にスプライン結合する複数の外側スプライン付ディスク 106が設けられている。
【００２３】
ブレーキ（摩擦）ディスク 104， 106に隣接して配置されるが、バルブハウジング部19によって形成された室内に配置されるピストン部材 109が設けられており、このピストン部材 109は、好ましくは、その内径部および外径部の両方でハウジングに対してシールされる。ピストン 109を収容する室をバルブハウジング19の端部内に配置することは、本発明の本質的な特徴ではないが、ピストン 109が端部キャップ41内に配置される場合よりも、結果的にモータがより短く小型化されるという理由から好ましいことである。
【００２４】
ピストン部材 109は、外径部がワッシャ 113と係合する皿ばね 111によってクラッチ（ブレーキ）ディスク 104および 106に係合する位置へ付勢されている。これにより、図１に示されるブレーキ構造は、好ましいばね作動圧力開放形式となっている。スプールバルブ45は、少なくともモータのケースドレン領域の一部を含む軸方向の中央流体通路45p を形成し、以下、参照符号45p は、ケースドレン領域を参照するのにも使用する。通路45p の左端（図１において）は、ブレーキ室41c に流体接続されて、ケースドレン45p 内の流体圧力がブレーキ室41c 内にも存在するようになっている。
【００２５】
前述のように、皿ばね 111は、通常、ピストン 109をブレーキ係合位置へ付勢する。ブレーキを解放するために、ケースドレン領域45p からの加圧流体がブレーキ室41c 、すなわちディスク 104および 106が配置された室へ導入される。例示に過ぎないが、ケースドレン領域45p からの圧力は、一般的に入口ポート58側圧力と出口ポート59側圧力との差の約３分の２である。この場合、ブレーキ室41c のドレン圧力は、ピストン 109に作用して、皿ばね 111の付勢力に打ち勝って、ディスク 104および 106が有効に「離脱」されて、延長部45e に実質的な制動トルクがかからなくなるまで、ピストン 109を図１における右側へ移動させる。ブレーキおよびクラッチ装置の技術における当業者には公知のように、ディスク 104および 106は、離脱モードにおいても、なお互いに接触したままであってもよい。「離脱」は、単に制動トルクを伝達するのに充分な係合がなされていないことを意味するに過ぎない。
【００２６】
ブレーキディスク 104および 106を端部キャップ41内に配置することは、結果として、バルブドライブおよびブレーキの両方について、非常にコンパクトなパッケージ構造を得ることになる。オプションとして本発明のブレーキパッケージを提供することは、異なるスプールバルブ（すなわち延長部45a を含むもの）および端部キャップを必要とするが、モータ本来の「設計変更」を伴わなずに行うことができ、非常に利便性に優れている。オプションとしての本ブレーキパッケージの提供は、一般的な従来技術のブレーキ設計を用いるよりも非常に安価に行うことができ、このことが実際上の効果である。
【００２７】
以上に本発明が詳細に説明されており、本明細書を読んで理解することによって、当業者には本発明の様々な変更および修正が明らかになるであろう。全てのそのような変更および修正は、特許請求の範囲の技術的思想の範囲から逸脱しない限り、本発明に含まれるものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る低速高トルクスプールバルブジェロータモータの軸方向断面図である。
【図２】図１のモータに使用するスプールバルブ機構の概略配置図であって、バルブハウジングの切換開口をも示す図である。
【図３】図１の３−３線に沿った縦断面図であって、バルブハウジング部の端部の開口の表示を含む図である。
【図４】図１のモータの様々なポートおよび通路を概略的に示す拡大図である。
【符号の説明】
11 モータ
13 前端キャップ
17 ジェロータ変位機構
19 バルブハウジング部
21 内歯付リング部材
23 外歯付スター部材
25 拡張流体容積室
27 収縮流体容積流体室
33 スプライン
35 主駆動軸
37 スプライン
41 端部キャップ
41c ブレーキ室
43 スプールボア
45 スプールバルブ
45e 延長部
45p ケースドレン領域
53 スプライン
55 スプライン
57 バルブ駆動軸
104,106 ブレーキディスク
109 ピストン
111 皿ばね

Claims

流体入口ポート(58)および流体出口ポート(59)を有するハウジング手段(13,19,41)と、
内歯付部材(21)および該内歯付部材(21)内に偏心して配置されて相対的に軌道および回転運動する外歯付部材(23)を含み、前記軌道および回転運動に応答して拡張流体容積室(25)および収縮流体容積(27)を形成する前記ハウジング手段(13,19) に関連する流体エネルギ変換変位手段(17)と、
前記ハウジング手段(13,19,41)と協働して、前記流体入口ポート(58)と前記拡張流体容積室(25)との間および前記収縮流体容積室(27)と前記流体出口ポート(59)との間を流体接続するバルブ手段(43,45) と、
前記外歯付部材(23)に係合する軌道運動端(37)および回転端(33)を有し、前記外歯付部材(23)からのトルクを伝達するシャフト手段(35)とを含み、
さらに、前記バルブ手段が、前記変位手段(17)の前記シャフト手段(35)とは反対側で前記ハウジング手段(19)によって形成されたスプールボア(43)内に配置された略円筒状のスプールバルブ(45)を備えた形式の回転流体圧装置(11)であって、
（ａ）前記ハウジング手段(41)は、前記スプールバルブ(45)の前記シャフト手段(35)とは反対側に配置されたブレーキ室(41c) を形成し、前記スプールバルブ(45)は、軸方向に延びて前記ブレーキ室(41c) 内に配置された延長部(45e) を含み、
（ｂ）前記スプールバルブ(45)によって形成された前記延長部(45e) に回転方向に固定されて係合する少なくとも１つのブレーキディスク(104) および前記ハウジング手段(41)に対して回転しないように固定された少なくとも１つのブレーキディスク(106) を含む複数のブレーキディスクが前記ブレーキ室(41c) 内に配置され、さらに、
（ｃ）軸方向に移動可能なピストン(109) が、前記複数のブレーキディスク(104,106) に軸方向に隣接して配置され、前記ピストンを付勢して前記ブレーキディスクをブレーキ係合させる付勢手段(111) が設けられていることを特徴とする回転流体圧装置。
前記シャフト手段(35)は、該シャフト手段(35)の回転運動を前記スプールバルブ(45)の回転運動に伝達する手段(57)を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の回転流体圧装置。
前記回転運動を伝達する手段は、回転端(33)で前記シャフト手段(35)にスプライン係合する前端部(53)および前記スプールバルブ(45)にスプライン係合する後端部(55)を有するバルブ駆動軸(57)を備えていることを特徴とする請求項２に記載の回転流体圧装置。
前記ブレーキディスク(104,106) に隣接して軸方向に移動可能な前記ピストン(109) は、前記ブレーキ室(41c) を形成する端部キャップ(41)に軸方向に隣接して配置されたバルブハウジング部(19)によって形成された室内に配置され、前記ピストン(109) は、前記付勢手段(111) によって前記端部キャップ(41)側へ付勢されていることを特徴とする請求項１に記載の回転流体圧装置。
前記ブレーキ室(41c) は、ケースドレン領域(45p) に流体接続されて、該ケースドレン領域(45p) の流体圧力が、前記ピストン(109) を前記ブレーキディスク(104,106) がブレーキ係合を解除する位置側へ付勢するように作用することを特徴とする請求項４に記載の回転流体圧装置。