JP4273043B2 - マルチヨークを備える曲げ軸線静水圧モジュール - Google Patents

マルチヨークを備える曲げ軸線静水圧モジュール Download PDF

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Description

本発明は、各種の曲げ軸線液圧ユニットの分野に関する。
曲げ軸線液圧ユニットは、何年も前から公知である。このような装置の動力の出力は、その物理的寸法により制限され、より大きな動力が必要な場合には、装置を大きくして、これに対応している。しかし、ある種の乗物においては、スペースや寸法が問題となり、動力が大きくて、スペースが限定されているような場合には、大きな曲げ軸線液圧ユニットは対応することができない。
従来、マルチヨークを有する液圧モジュールを用いる試みがなされているが、それらは、必要最小限の部材しか備えていない簡略化された構成を有するとともに、可能な限り、スペースをとらないヨークを有するコンパクトな構成の曲げ軸線静水圧ユニットを備えた液圧モジュールを提供する上で欠点がある。
たとえば、フォルソムに付与されている米国特許第6,530,855号には、マルチヨークを有する曲げ軸線静水圧モジュールが開示されている。フォルソムが言及しているWO99/24738を参照すると、フォルソムは、ピストンスリッパを介したシリンダブロックへの静水圧流のポーティングを備える静止マニホールドブロックが、ポンプとモータとの間に流体通路を有することを基礎としていることがわかる。このように、フォルソムの発明では、装置の製造コストが高くつく可能性があり、かつ装置の信頼性が低下する可能性のある多数の独立したパーツを備えており、大きな構成となっている。
本発明の主な目的は、並行して同時に作用し、大きな動力を提供しうる1対の曲げ軸線静水圧動力ユニットを有し、平行かつ単一方向に回動可能な動力シャフトと、フレームにピボット式に取り付けられた二重揺動可能なヨークと、平行軸を中心に、個別にヨークをピボット回転させる手段とを有する曲げ軸線静水圧ユニットを提供することである。
本発明の他の目的は、ヨークが単一ピース構成であるマルチヨークを備える曲げ軸線静水圧モジュールを提供することである。
本発明のさらに別の目的は、流体通路が集積されたマルチヨークを備える曲げ線静水圧モジュールを提供することである。
本発明の上記およびその他の目的や特徴、長所などは、本明細書および特許請求の範囲から明らかになると思う。
フレームによって回動可能に支持されるとともに、同一方向において、上記フレームから外側に向けられ、横向きに平行に間隔が設けられた1対のシャフトを有する静水圧モジュールが開示されている。流体通路が集積された2つの単一ピースのヨークは、上記フレーム上の平行軸を中心に、ピボット式に取り付けられている。静水圧動力ユニットは、ヨークごとに揺動可能なように支持されている。各静水圧動力ユニットは、上記シャフトの一方に作動的に連結されて、これを回転させる。
上記フレーム内には1対のシステム圧コンジットが配置され、それぞれ各シリンダブロックに流動的に連結されている。上記ヨークは、平行軸を中心として、制御システムにより独立して回転させられる。
図1に示すように、本発明の静水圧モジュール10は、曲げ軸線静水圧ユニット11およびフレーム12を有する。フレーム12は、他の構成部品を保持および配置する構造ユニットとして機能し、かつモジュール内の力と反作用して構成部品を適所に保持する。
図4に示すように、クラッチユニットヨーク14およびリングユニットヨーク16は、それぞれ、静水圧パワーユニット(シリンダブロックまたはキット)23および24を有し、これを支持するとともに、フレーム12にピボット式に取り付けられ、交差路において、上記フレーム12に対して回転するようになっている。上記2つのヨーク14および16は、組み立て時には、フレーム12およびマニホールド22の間に捕捉される。
静水圧パワーユニット23および24は、横向きに平行して間隔をあけて配された1対のシャフト25および26に、それぞれ作用するように連結されている。シャフト25および26は、フレーム12に回動可能に支持され、フレーム12から同じ方向へ、外側に向けられている。静水圧パワーユニット23および24は、シャフト25および26を回転させるように作用する。
2つの静水圧パワーユニット23および24は、ヨーク14、16およびフレーム12内に収められ、これらに装着されている。フレーム12により、シャフト25および26は、順次適切な位置に配置され、それぞれ、乗物のトランスミッション(図示しない)の遊星リングギヤおよびクラッチギヤ内において、シャフト25および26に組み立てられているギヤ27の位置を調整する。そのため、上記2つの静水圧パワーユニット23および24、ならびに結合されたヨーク14および16を、クラッチユニットヨーク14およびリングユニットヨーク16と呼ぶ。
図6に示すように、ヨーク14および16は、単一ピース構造であることが好ましい。これらの単一ピースヨーク14および16には、集積された流体通路28および30が含まれている。集積された流体通路28および30を含む単一ピースヨーク14および16の詳細は、米国特許第6,203,283号に開示されている。上記米国特許第6,203,283号は、全体として本明細書に組み込まれるものとする。
マニホールド22は、組み立て部品内のすべての静水圧パワーユニット23、および24間の高圧流体のコンジットとして機能するもので、液圧モジュール10に必要なバルブ調節を有する。マニホールド22は、圧力保護、およびループフラッシングのための補助バルブ調節(図示しない)を有する。またマニホールド22は、ヨーク14からヨーク16に延びる内部コア通路32および34も有し、液圧モジュール10の2つの作業ループを形成している。これらの内部コア通路32および34は、オイルをひとつのヨークから別のヨークに導くコンジットとして作用する。
マニホールド22内の上記通路32および34は、ヨーク16の集積された流体通路28および30を通して、流体を運搬する。上記通路32および34は、ヨーク16のトラニオン36に沿って集積された流体通路28および30に通じている。流体は、ヨーク16内の集積された流体通路28および30の一方を通って、トラニオン26から終端壁38Bに運ばれる。終端壁38B内においては、上記集積された流体28および30の一方から、静水圧パワーユニット24の片側へ流体が引き込まれる。
流体は、静水圧パワーユニット24の他方の側により、終端壁38Bにおいて、集積された流体通路28および30の他方へ、そしてそこからトラニオン36および対応する集積された流体通路28および30へ戻される。ヨーク14もまた、同様の集積された流体通路構造を有する。
図4に示すように、ヨーク14および16は、各々、終端壁38Aおよび38Bと側壁42Aおよび42Bとをそれぞれに含む外面40Aおよび40Bを有する。このヨーク14および16の外面40Aおよび40Bは、フレーム12に対してと同様に、互いに対する、コンプリメンタリ面を有し、外面40Aおよび40Bのコンプリメンタリ面が密接な間隔で配されている場合には、ヨーク14および16の占めるスペースの大きさは、最小限に押さえられる。
ヨーク14の終端壁38Aには、ヨーク14の外面40A上に輪郭を示す部分44Aが含まれている。この輪郭を示す部分44Aにより、2つのヨーク14および16が互いに接触することなく、ヨーク14の終端壁38Aは、ヨーク16の側壁38Bとぴったり重なるか、または密接な間隔で配置可能となる。同様に、フレーム12の輪郭リブ46は、ヨーク14の側壁42Aと噛み合うような輪郭とされている。
これらの部分44Aおよび46の輪郭のなす角度は、ヨーク14および16のピボット角度の函数である。ヨーク14は、角度シータ(θ)で反時計回りに回転し、ヨーク16は、角度アルファ(α)で時計回りに回転する(図4)。特にヨーク14は、シャフト25の中央線Aに対して、角度θで反時計回りに回転するヨーク中央線Bを有する。
ヨーク16は、そのシャフト26の中央線Dに対して、角度αで時計回りに回転するヨーク中央線Cを有する。その結果、ヨーク14の終端壁38Aの輪郭部分44Aは、ヨーク14の中央線Bに対して、θプラスαの角度となる。同様に、ヨーク14の側壁42Aと噛み合うフレーム12の輪郭リブ46の角度は、シャフト25の中央線Aに垂直なフレーム12の面Eに対して、90°マイナスθとなる。
部分44Aおよび46を設けることにより、静水圧モジュール10の幅寸法を最小とすることができる。静水圧モジュール10の幅寸法は、決定的な設計基準である。特に本発明の液圧モジュール10は、小型で、運転台の正面で、直接地表面を明瞭に見渡さなければならない作業者の視線を妨げないようにする必要がある現代のトラクタの収納エンベロープ内に取り付けることを意図したものである。
またヨーク14および16の位置は、シャフト25および26のギヤ中央線との心合わせを含み、歯車装置の中央線の必要条件を満たしていなければならず、その一方で、ヨーク14および16が互いに妨害し合うことなく、互いに近接した位置に配されるようにしなければならない。さらにまた、各ヨーク14および16は、他方のヨークの位置に拘わらず、あらゆる角度の位置をとることができなければならない。したがって、静水圧モジュール10の幅寸法を最小限に押さえることは、部分44Aおよび46によって許容される決定的な設計上の要求である。
図5に示すように、液圧モジュール10には、2つ以上の硬い止め具が設けられている。多角ヨークの場合、ヨークの移動を制限する機械的な硬い止め具が2つある。本発明においては、2つ以上の硬い止め具を設けることにより、ヨーク14および16を2つの機械的な硬い止め具間において、角度をもって正確な位置に配することが可能となっている。
特に液圧モジュール10は、フレーム12内に、4つの止め具50、52、54および56が組み込まれており、互いにきわめて近接して揺動するヨーク14および16が接触しないようにされている。液圧モジュール10は、クラッチユニットヨーク14の最大外角止め具50と、最大内角止め具52とを有する。リングユニットヨーク16は、ヨーク最大内角止め具54とヨーク最大外角止め具56とを有する。上記止め具50、52、54および56は、あらゆる適当な角度をとることが可能である。
ヨーク14および16は、ピボット運動において、所定の位置にある際には、シリンダブロック23および24とシャフト25、および26とに対して、ニュートラルな位置を定める(シャフト25の中央線Aおよびシャフト26の中央線D)。ヨーク14および16は、止め具50、52、54および56により、ニュートラル位置から時計回りの方向を意味する「プラス」、およびニュートラル位置から反時計回りの方向を意味する「マイナス」をもって、以下のパラメータの範囲内で、ピボット回転可能となっている。
図示のように、クラッチユニットヨーク14は、止め具50において、最低−45°の角度を有する円弧を描きながら、止め具52において、最大+45°の角度まで揺動する。リングユニットヨーク16は、止め具54において、最低−15°の角度を有する円弧を描きながら、止め具56において最大+45°の角度まで揺動する。したがって、ヨーク14および16は、止め具50、52、54および56により、以下の位置の組み合わせまで、回転可能である。
すなわち、一方のヨークがマイナス45°で、他方がマイナス15°、一方のヨークがプラス45°で、他方がマイナス15°、一方のヨークがプラス45°で、他方がマイナス15°、一方のヨークがプラス45°で、他方がプラス45°、一方のヨークがマイナス45°で、他方がマイナス45°、一方のヨークが45°で他方が15°という組み合わせである。
ヨーク16の一体止め具58と、これに対応するヨーク14と一体的な溝60とは、2つの静水圧ヨーク14および16内に組み込まれうる形状を有する。静水圧ヨーク14および16は、互いにきわめて近接する角度で揺動し、ヨーク16の一体止め具58によって、ヨーク14および16が既知の位置で停止できる角度がさらに追加される。ヨーク16の一体止め具58およびこれに対応するヨーク14の溝60は、所望の角度の組み合わせで、接触するようにヨーク14および16に配置される。
液圧モジュール10の静水圧率は、一体止め具58および溝60によって設定されるヨーク角度のさらなる組み合わせによって、さらに正確に設定する必要がある。ヨーク14および16は、位置感知サーボ制御システム62(図1および図3を参照)によって、液圧式に位置決めされる。
サーボ制御システム62は、一体止め具58によって与えられる精度および反復性を供するものではないため、一体止め具58および溝60は、特定の組み合わせのヨーク角度になっている必要がある。この組み合わせ角度は、止め具の最小限および最大限の値を除くあらゆる所望の角度をとることができる。
図示のように、ヨーク16の一体止め具58およびこれに対応するヨーク14の溝60は、ヨーク14および16に付加されて、左ヨーク14は、物理的に硬い止め具が+44.5°となり、右ヨーク16は、物理的に硬い止め具が+13.5°となるようにされる特定の組み合わせのヨーク角度で、ヨーク14および16間の物理的な障害を形成している。
図1および図3に示すように、液圧モジュール10のサーボ制御システム62には、単一ピースの制御ハウジング64が含まれる。この制御ハウジング64には、ヨーク14および16の位置を制御するようになっているハードウェアが含まれている。これにより、静水圧動力ユニット23および24の転置が、作業者の命令通りに行われる。
特に上記単一ピース制御ハウジング64には、第1サーボピストン68、および第1バイアスピストン72に連結された第1サーボバルブ70を有する第1サーボコントローラ67が装備されている。同様に、上記ハウジング64は、第2サーボピストン74および第2バイアスピストン78に連結された第2サーボバルブ76を有する第2サーボコントローラ73を有する。
サーボバルブ70および76は、バイアスピストン72および78と同様に、サーボピストン68および74への液圧を制御する。ピストン68、74、72および78にかかる液圧により、ピストン68、74、72および78は、単一ピース制御ハウジング64の内外へスライドされる。
図6に最もよく示されているように、第2サーボコントローラ73は、ピストン74および78が単一ピースハウジング64の内外へスライドされると、トラニオン36を回動させるピストン74および78によって、ヨーク16の位置を定める。同様に、ヨーク14の位置は、第1サーボコントローラ67のピストン68および72によって、同じ方法で定められる。
このように、マルチサーボコントローラ67および73は、静水圧ヨーク14および16の位置と、作用範囲+/−45°にわたって、シャフト25および26に供給される回転力とを個別に確立する。
図1、図3および図7に示すように、液圧モジュール10のサーボ制御システム62は、単一ピース制御ハウジング64に取り付けられた制御ポーティングプレート66を有する。上記制御システム62は、マルチサーボコントローラ67および73までのオイルの経路を定め、トランスミッション(図示しない)と、このトランスミッション内部の液圧モジュール10との間に、多数の液圧接続を作り出す。
トランスミッション(図示しない)および液圧モジュール10間における多数の液圧接続のひとつは、制御ポーティングプレート66内に配置されている。トランスミッション(図示しない)および液圧モジュール10間における多数の液圧接続の残りは、単一制御ハウジング64内に配置されている。
制御ポーティングプレート66は、単一制御供給圧力インレット80を有する。この単一制御供給圧力インレット80は、トランスミッション(図示しない)に液圧式に接続されて作動液を受け取る。制御ポーティングプレート66は、単一制御供給圧力インレット80から、マルチアウトレット溝82A−Eまでの作動液の経路を定める。上記マルチアウトレット溝82A−Eは、単一ピース制御ハウジング64と隣接するように配置されている。マルチアウトレット溝82A−Eは、対応する引込口(図示しない)を通して、マルチサーボコントローラ67および73に通じており、マルチサーボコントローラ67および73の種々の構成部品に液圧を供給する。
このように、制御ポーティングプレート66は、マニホールドとして作用し、単一ピース制御ハウジング64内において、複数の場所への作動液の経路を定めている。
また上述したように、単一ピース制御ハウジング64は、トランスミッション(図示しない)および液圧モジュール10間の多数の液圧接続を有する。これら多数の液圧接続には、液圧モジュールループ変更圧力供給88、第1圧力コマンド単一アウトレット90、第2圧力コマンド単一アウトレット92、液圧モジュールループ冷却流帰還94が含まれている。これらのマルチ液圧接続88、90、92および94は、ヨーク14および16と同様、マニホールド22内において、複数の場所への作動液の経路を定めている。
このように、制御ハウジング64には、流体通路と、支持構造と、サーボバルブと、サーボピストンとが単一ピースに集積されたものが含まれており、マルチ静水圧ヨーク14および16を制御している。
流体通路、支持構造、サーボバルブ、およびサーボピストンは、すべて単一ハウジング64内に一括されて、農業トラクタのトランスミッション(図示しない)の内部に設けられる限定されたスペースにはめこまれている。
制御ハウジング64の設計は、米国特許第6,260,468号に開示された「単一ピース比例制御(SINGLE-PIECE PROPORTIONAL CONTROL)」の設計を変更したものである。上記米国特許第6,260,468号の開示および図面は、ここで言及することで、明確に本書に組み込まれているものとする。
図1および図2に示すように、マニホールド22は、マニホールド22の接合面100において制御ハウジング64と接合されている。図3および図8に示すように、取り付けペグ102は、接合面100から延設されている。取り付けペグ102は、制御ハウジング64内の対応する取り付け孔104に嵌合する。
対応する取り付けペグ102および取り付け孔104により、制御ハウジング64は、組み立て時にマニホールド22に関して適切に位置付けされる。同様に、接合面100のボルト孔106および制御ハウジング64は、互いに協動して、制御ハウジングをマニホールド22に取り外し可能に取り付けることができるようにされている。
図3および図8を再度参照する。制御ハウジングポート108は、接合面100においてマニホールドポート110と並んでいる。制御ハウジングポート108は、液圧モジュールループ変更圧力供給88、および液圧モジュールループ冷却流帰還94間において、接合面110のマニホールドポート110への流体の経路を定めている。マニホールドポート110は、流体バルブとして作用し、一方のヨークから、他方のヨークへオイルを導くコンジットとして作用するマニホールド22内の内部コア通路32および34間における流体の経路を定めるとともに、ヨーク14および16の集積された流体通路28および30を通して、流体を運搬する。
このように、乗物とモジュール10との間の液圧システムの流れは、制御ハウジング64を通して、マニホールド22までの経路が決定され、制御ハウジング64とマニホールド接合面100とにおける流体の交換が促進される。制御ハウジング64がマニホールド22に極めて近接していることにより、モジュール10が機能するのに必要な液圧流体の交換が簡単となり、よりコンパクトな設計が可能となる。そのため、パッケージ化およびコストの面において有益となる。
また、制御ハウジング64は、接合面100においてマニホールド22に接合されているため、制御ハウジング64は、マニホールド22の特性を共有する。マニホールド22は、モジュール10の主要構造要件であり、すべての鍵となる液圧モジュール10の構成部品に対して非常に正確に配置されるように設計される。マニホールド22は剛体であり、これにかかる負荷として、その位置および空間を維持する。
またマニホールド22は、制御ハウジング64内に生ずる力に対抗するために必要なてこ比の剛性を有するように、構造を支持する構成部品としても用いられる。制御ハウジング64やマニホールド22が剛性を有することにより、マニホールド22に対する取り付け形状102および104を、制御ハウジング64に付加して用いることが可能となる。このようにして、制御ハウジング64に作用する力は、接合面100を介して液圧モジュール10の構造の残りの部分に分割される。
したがって、静水圧モジュール10全体に必要なスペースを最小限に押さえるため、互いにぴったり重なるような形状および位置とされたマルチヨーク14および16を備える曲げ軸線静水圧モジュールが提供される。
本発明はまた、機械的止め具58および60がヨーク14および16に設けられて、ヨーク14および16のピボット回転角度を制御する、マルチヨーク14および16を備えた曲げ軸線静水圧モジュール10をも提供するものである。
さらに本発明は、単一ピース制御ハウジング64が設けられて、両ヨーク14および16の運動が制御される、マルチヨーク14および16を備える曲げ軸線静水圧モジュール10をも提供する。
さらにまた本発明は、制御ハウジング64に固定される剛体構造の流体マニホールド22アッセンブリを備える静水圧モジュール10をも提供する。
最後に本発明は、制御ハウジング64内において、必要な場所へ流体を運搬するために、単一ピースポーティングプレート66を備えた静水圧モジュール10をも提供する。
本発明の範囲内の精神から離れることなく、上記装置に対して、その他の種々の改変をなしうることは、当業者には認識されるものと思う。このようなすべての修正および変更は、本発明の範囲内に入るものであり、本発明は特許請求の範囲によって保護されるものである。
本発明の静水圧モジュールの一実施例を示す正面斜視図である。 本発明の静水圧モジュールの背面斜視図である。 本発明の制御ハウジングを示す斜視図である。 本発明の静水圧モジュールを示す横断面図である。 本発明のヨークおよび止め具を示す概略平面図である。 本発明の静水圧モジュールの一部断面を示す側面図である。 本発明のポーティングプレートを示す平面図である。 マニホールドのジョイント面を示す、本発明の静水圧モジュールの正面図である。
符号の説明
10 静水圧モジュール
11 曲げ軸線静水圧ユニット
12 フレーム
14 クラッチユニットヨーク
16 リングユニットヨーク
22 マニホールド
23 静水圧パワーユニット
24 静水圧パワーユニット
25 シャフト
26 シャフト
27 ギヤ
28 流体通路
30 流体通路
32 内部コア通路
34 内部コア通路
36 トラニオン
38A 終端壁
38B 終端壁
40A 外面
40B 外面
42A 側壁
42B 側壁
44A 輪郭部分
46 輪郭リブ
50 最大外角止め具
52 最大内角止め具
54 ヨーク最大内角止め具
56 ヨーク最大外角止め具
58 一体止め具
60 溝
62 サーボ制御システム
64 制御ハウジング
67 第1サーボコントローラ
68 第1サーボピストン
70 第1サーボバルブ
72 第1バイアスピストン
73 第2サーボコントローラ
74 第2サーボピストン
76 第2サーボバルブ
78 第2バイアスピストン
66 制御ポーティングプレート
80 単一制御供給圧力インレット
82A−E マルチアウトレット溝
88 液圧モジュールループ変更圧力供給
90 第1圧力コマンド単一アウトレット
92 第2圧力コマンド単一アウトレット
94 液圧モジュールループ冷却流帰還
100 接合面
102 取り付けペグ
104 取り付け孔
106 ボルト孔
108 制御ハウジングポート
110 マニホールドポート

Claims (4)

  1. イ.フレーム(12)と、
    ロ.フレーム(12)によって回動可能に支持されるとともに、フレーム(12)から外側へ同じ方向に向けられた、1対の平行かつ横向きに間隔を空けて配置されたシャフト(25,26)と、
    ハ.フレーム(12)に、平行軸を中心としてピボット式に取り付けられた2つのヨーク(14,16)と、
    ニ.各ヨーク(14,16)によって揺動可能に支持され、各シャフト(25,26)の一方に作用するように接続されて、これを回動させる静水圧パワーユニット(23,24)と、
    ホ.各シリンダブロックに流動的に連結されている、フレーム(12)内の1対のシステム圧コンジット(22)と、
    ヘ.ヨーク(14,16)を平行軸を中心として個別にピボット回転させる手段を有する、ヨーク(14,16)をピボット回転させる制御システム(62)を備えた曲げ軸線静水圧モジュール。
  2. 上記ヨークは、単一ピース構造である請求項1に記載の静水圧モジュール。
  3. 上記ヨークは、集積された流体通路を含む請求項1に記載の静水圧モジュール。
  4. イ.フレーム(12)と、
    ロ.フレーム(12)によって回動可能に支持されるとともに、フレーム(12)から外側へ同じ方向に向けられた、1対の平行かつ横向きに間隔を空けて配置されたシャフト(25,26)と、
    ハ.フレーム(12)に、平行軸を中心としてピボット式に取り付けられた、単一ピース構造で、且つ、集積された流体通路を含む2つのヨーク(14,16)と、
    ニ.各ヨーク(14,16)によって揺動可能に支持され、各シャフト(25,26)の一方に作用するように接続されて、これを回動させる静水圧パワーユニット(23,24)と、
    ホ.各シリンダブロックに流動的に連結されている、フレーム(12)内の1対のシステム圧コンジット(22)と、
    ヘ.ヨーク(14,16)を平行軸を中心として個別にピボット回転させる手段を有する、ヨーク(14,16)をピボット回転させる制御システム(62)を備えた曲げ軸線静水圧モジュール。
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