JP4898474B2 - ウインチ装置 - Google Patents

Description

本発明は、吊り荷のフリーフォールが可能なウインチ装置に関する。

従来、吊り荷のフリーフォール時に十分な制動力を得るものとして、湿式多板式ブレーキを有するウインチ装置が知られている（例えば特許文献１参照）。この公報記載の装置では、冷却油ポンプからブレーキに冷却油を供給する管路に圧力制御弁を設け、圧力制御弁により冷却油を加圧することで冷却油温を上昇させ、油の粘性による回転抵抗（いわゆるドラグトルク）を低減し、フリーフォール速度の不足を解消するようにしている。

特許第３６４４３７２号公報

しかしながら、上記特許文献１記載の装置のように冷却油温を上昇させるだけでは、十分なフリーフォール速度を得ることが難しい。

本発明によるウインチ装置は、ウインチドラムと、ウインチドラムを巻上／巻下駆動する巻上用油圧モータと、吊り荷の負荷によるフリーフォール時に、油が封入された空間内をウインチドラムと一体に回転する回転体を有し、この回転体の回転を制動するブレーキ装置と、フリーフォール時に回転体の回転を許容し、フリーフォールの停止時に回転体の回転を阻止するようにブレーキ装置を制御するブレーキ制御装置と、空間内に供給される油を加圧して加熱する加熱手段と、フリーフォール時にウインチドラムの回転をアシストするアシスト用モータと、ブレーキ装置の空間内およびアシスト用モータに油を供給する油圧源とを備えることを特徴とする。
巻上用油圧モータにより、減速機を介してウインチドラムを巻上／巻下駆動し、アシスト用モータにより、減速機を介さずにウインチドラムの回転をアシストすることが好ましい。
フリーフォール時にはフリーフォール停止時よりも、油圧源からアシスト用モータに作用する駆動圧を大きくする駆動圧制御手段をさらに備えることもできる。
空間内に供給される油の温度を検出する油温検出手段と、フリーフォール時に油温検出手段により所定値以下の油温が検出されると、所定値より高い油温が検出されたときよりも、油圧源からアシスト用モータへ作用する駆動圧を大きくする駆動圧制御手段とを備えることもできる。

本発明によれば、フリーフォール時に、回転体が収容された空間内に封入された油を加熱するとともに、アシスト用モータを用いてウインチドラムの回転をアシストするようにしたので、十分な速度で吊り荷をフリーフォールすることができる。

−第１の実施の形態−
以下、図１を参照して本発明によるウインチ装置の第１の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るウインチ装置の構成を示す油圧回路図である。図１に示すようにウインチ装置は、ウインチドラム１と、ウインチドラム１を駆動する油圧モータ２と、油圧モータ２に駆動圧油を供給する油圧ポンプ３と、油圧ポンプ３から油圧モータ２への圧油の流れを制御する方向制御弁４と、油圧モータ２の駆動力をウインチドラム１に伝達する遊星減速機構５と、ウインチドラム１を制動するブレーキ装置１０とを有する。制御弁４は操作レバー（不図示）の操作量に応じたパイロット圧により操作される。

油圧モータ２の出力軸２ａは遊星減速機構５のサンギア５１に連結されている。サンギア５１にはプラネタリギア５２が噛合され、プラネタリギア５２にはウインチドラム１の内周側に設けられたリングギア５３が噛合されている。プラネタリギア５２はキャリア軸５４により支持され、キャリア軸５４はブレーキケース１１の側壁を貫通してケース１１内に達している。

ブレーキ装置１０は湿式多板ブレーキである。ブレーキケース１１内において、キャリア軸５４には複数枚のインナディスク１２がスプライン結合により軸方向に移動可能に係合され、インナディスク１２はキャリア軸５４と一体に回転可能となっている。ブレーキケース１１の内周面には複数枚のアウタディスク１３がスプライン結合により軸方向に移動可能に係合されている。アウタディスク１３とインナディスク１２は軸方向に交互に配置されている。

最外部のアウタディスク１３の側方にはブレーキディスク１４が配置されている。ブレーキディスク１４にはばね１６により、ディスク１２，１３同士を圧接するよう付勢力が作用する。これによりインナディスク１２の表面に摩擦力が作用し、インナディスク１２の回転が阻止される。ブレーキディスク１４はブレーキシリンダ１５のピストンを形成し、ブレーキシリンダ１５の油室１５ａに圧油が供給されると、ブレーキディスク１４にはばね１６の付勢力に対抗した油圧力（ブレーキ解除圧）が作用する。これによりディスク１２，１３同士の圧接力が除去され、インナディスク１２が回転可能となる。

ブレーキケース１１には給油ポート１１ａおよび排油ポート１１ｂが設けられ、ブレーキケース１１内には給油ポート１１ａを介して冷却油が供給される。この冷却油はブレーキケース内を流れてディスク１２,１３を冷却した後、排油ポート１１ｂを介して排出され、フィルタ１７を経てタンクに戻る。このような湿式多板ブレーキは、ディスク１２，１３の面積が大きいため、吊り荷のフリーフォール作業等において十分なブレーキ力を発揮することができるが、その反面、ディスク１２，１３間の油の粘性による回転抵抗（いわゆるドラグトルク）が大きく、フリーフォール時の速度が不足しやすい。

ブレーキシリンダ１５の油室１５ａは電磁切換弁２１およびブレーキ弁２２を介してパイロットポンプ２３に接続されている。ブレーキ弁２２はブレーキペダル２４により操作される。ブレーキペダル２４の非操作時には、パイロットポンプ２３からの圧油がブレーキ弁２２を介して電磁切換弁２１にそのまま導かれ、ブレーキペダル２４の最大踏込時には、パイロットポンプ２３から電磁切換弁２１への圧油の供給がブレーキ弁２２により遮断される。

電磁切換弁２１は図示しないフリーフォールスイッチの操作により切り換えられる。すなわちフリーフォールスイッチがオンされると位置ａに切り換えられ、オフされると位置ｂに切り換えられる。電磁切換弁２１が位置ａに切り換わった状態では、パイロットポンプ２３から油室１５ａに圧油が供給可能となり、位置ｂに切り換わった状態では、油室１５ａにタンク圧が作用する。

インナディスク１２の回転軸には油圧モータ３１の出力軸が連結され、油圧モータ３１にはフリーフォール速度を増速させるような油圧ポンプ３２からの圧油による駆動トルクが作用している。油圧モータ３１に作用する駆動トルクはリリーフ弁３３により調整される。本実施の形態では、ディスク１２，１３間の油の粘性抵抗によって生じるトルク、すなわちドラグトルクを打ち消すモータ駆動トルクが作用するようにリリーフ弁３３が設定されている。

油圧モータ３１の出口ポートは、ブレーキケース１１の給油ポート１１ａに接続され、モータ３１を流れた油はブレーキケース１１内に冷却油として導かれ、ディスク１２，１３を冷却する。なお、図示は省略するが、冷却油が流れる冷却用回路にはオイルクーラが設けられ、これによりブレーキ力発生時の摩擦熱により冷却油が所定温度以上となることが防止される。油圧モータ３１の出口ポートにはチェック弁３５が接続され、油圧モータ３１を通過した油の一部はチェック弁３５を介してモータ３１に還流することができる。これにより油圧モータ３１が高回転した際のキャビテーションを防止できる。

第１の実施の形態に係るウインチ装置の主要な動作を説明する。
（１）フリーフォールスイッチオフ
フリーフォールスイッチがオフのときは、電磁切換弁２１は位置ｂに切り換えられ、ブレーキシリンダ１５の油室１５ａはタンクに連通する。この状態ではブレーキシリンダ１５にブレーキ解除圧が作用しないため、ブレーキディスク１４はばね１６の付勢力によりディスク１２，１３側に押動される。これによりアウタディスク１３とインナディスク１２が互いに圧接され、インナディスク１２の回転が阻止されて、ブレーキ作動状態となる。この状態をネガブレーキ作動状態とも呼ぶ。なお、インナディスク１２には油圧モータ３１の駆動トルクが作用しているが、この駆動トルクよりもばね１６の付勢によるブレーキ力の方が大きいため、油圧モータ３１は回転しない。

このようにしてブレーキ装置１０が作動すると、キャリア軸５４の回転が阻止され、油圧モータ２の回転はサンギア５１、プラネタリギア５２、リングギア５３を介してウインチドラム１に伝達可能となる。ここで、操作レバーを巻上または巻下操作して方向切換弁４のパイロットポートにパイロット圧を作用させると、方向切換弁４が中立位置から巻上側または巻下側に切り換えられ、油圧モータ２が巻上または巻下方向に回転する。これにより、ウインチドラム１が巻上または巻下駆動され、吊り荷を昇降することができる。この場合、ブレーキ装置１０とは別に設けられた不図示のブレーキ装置によりウインチドラム１を停止できる。

（２）フリーフォールスイッチオン
操作レバーを中立位置に操作して方向切換弁４を中立位置に切り換えると、油圧モータ２への圧油の供給が遮断され、油圧モータ２の回転が停止する。この状態でフリーフォールスイッチをオン操作すると、電磁切換弁２１が位置ａに切り換えられる。これによりパイロットポンプ２３からの圧油（ブレーキ解除圧）がブレーキ弁２２、電磁切換弁２１を介してブレーキシリンダ１５の油室１５ａに作用し、このブレーキ解除圧によりばね１６が縮退し、ブレーキディスク１４はディスク１２，１３から離間する。その結果、ディスク１２，１３に作用する圧接力が除去され、インナディスク１２は回転してブレーキ解除状態となる。この状態をフリーフォール状態とも呼ぶ。

このようにしてブレーキ装置１０が解除すると、キャリア軸５４の回転が許容され、ウインチドラム１は吊り荷の負荷によって自由回転状態となり、吊り荷をフリーフォールすることができる。ここで、作業開始直後等、油圧モータ３１に供給される作動油温が低いと、ディスク１２，１３間の油の粘性抵抗が大きい。このため、油圧モータ３１の駆動圧が上昇し、油圧ポンプ３２からの圧油はリリーフ弁３３からリリーフし、ブレーキケース１１内に導かれる。この際、リリーフした圧油は加圧されて温度が上昇するため、ブレーキケース内の油の粘性抵抗が小さくなり、ディスク１２，１３に作用するドラグトルクを積極的に打ち消すことができる。

作動油温の上昇によりドラグトルクが小さくなると、油圧モータ３１の駆動圧が減少し、リリーフ弁３３からのリリーフが停止する。フリーフォール時にはキャリア軸５４と一体になってインナディスク１２が回転するが、インナディスク１２には油圧モータ３１による駆動トルクが作用し、ドラム１の回転がアシストされる。これにより、軽負荷の吊り荷であっても十分な速度でフリーフォールすることができ、作業効率が向上する。また、ハンマグラブやクラムシェルなどの掘削作業も良好に行うことができる。

フリーフォール時にブレーキペダル２４を踏み込み操作すると、操作力の増加に伴い油室１５ａに作用する油圧力が減少し、ブレーキディスク１４がディスク１２，１３側に付勢される。これによりウインチドラム１に作用するブレーキ力が増加し、吊り荷のフリーフォールを停止することができる。

第１の実施の形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）油圧モータ３１にリリーフ弁３３を接続し、ドラグトルクが大きいとき、つまり作動油温が低いときは、油圧ポンプ３２からの圧油をリリーフ弁３３を介してブレーキケース１１内に導くようにした。また、インナディスク１２の回転軸に油圧モータ３１を連結し、フリーフォール時のドラグトルクに対抗した駆動トルクを油圧モータ３１に付与するようにした。これにより作動油温を早期に上昇することができ、ドラグトルクを低減できる。また、フリーフォール時のドラム１の回転は油圧モータ３１によりアシストされるので、十分な速度で吊り荷をフリーフォールすることができ、作業効率が向上する。

（２）作動油温が上昇すると、油圧モータ３１の駆動圧が低くなって圧油のリリーフが停止するため、油圧ポンプ３１からの圧油が無駄にリリーフすることがなく、燃費の向上を実現できる。また、作動油の加熱しすぎを防止できる。
（３）コントローラ等を介さずに作動温度に応じて油圧モータ３１のアシストトルクを調整することができ、安価に構成できる。
（４）ブレーキケース内に冷却油を供給する油圧ポンプ３２と油圧モータ３１に駆動圧を供給する油圧ポンプ３２と兼用するので、部品点数の増加を抑制できる。

（５）遊星減速機構５を介さずに、ドラム１の回転を油圧モータ３１でアシストするので、油圧モータ３１の回転が遊星減速機構５により減速されずにドラム１に直接伝達され、十分なフリーフォール速度を得ることができる。これに対し、例えばウインチ駆動用モータ２の巻下回転速度を上げて吊り荷の効果速度を増速する構成では、遊星減速機構５によりドラム１の回転が減速されるため、十分なフリーフォール速度を得ることが難しい。

−第２の実施の形態−
図２を参照して本発明によるウインチ装置の第２の実施の形態について説明する。
図２は、本発明の第２の実施の形態に係るウインチ装置の構成を示す油圧回路図である。なお、図１と同一の箇所には同一の符号を付し、以下では第１の実施の形態との相違点を主に説明する。

第２の実施の形態におけるリリーフ弁３３は、外部指令によってアンロードおよびオンロード可能なバランスピストン型のリリーフ弁であり、そのベントポート３３ａはアンロード切換弁３６を介してタンクに接続されている。アンロード切換弁３６のパイロットポートには、電磁切換弁２１を通過したパイロットポンプ２３からのパイロット圧が作用し、パイロット圧が設定圧以上になると、アンロード切換弁３６は位置ｂから位置ａに切り換わる。アンロード切換弁３６の切換設定圧は、ブレーキ解除時の圧力以上に設定されている。

ブレーキペダル２４が戻し操作された状態で、フリーフォールスイッチのオンにより電磁切換弁２１が位置ａに切り換えられると、ブレーキシリンダ１５の油室１５ａにパイロットポンプ２３からのブレーキ解除圧が作用し、ブレーキ装置１０が解除される。このとき、パイロットポンプ２３からのパイロット圧はアンロード切換弁３６のパイロットポートにも作用し、アンロード切換弁３６が位置ａに切り換えられる。これによりベントポート３３ａがブロックされてリリーフ弁３３がオンロード状態となり、第１の実施の形態と同様、油圧ポンプ３２からの圧油はリリーフ弁３３によって加圧され、加熱される。

一方、ブレーキペダル２４が踏み込み操作されると、あるいはフリーフォールスイッチのオフにより電磁切換弁２１が位置ｂに切り換えられると、フリーフォールが解除される。このとき、パイロットポンプ２３からアンロード切換弁３６へのパイロット圧の作用が停止し、アンロード切換弁３６が位置ｂに切り換えられる。これによりベントポート３３ａがタンクに連通してリリーフ弁３３がアンロード状態となる。このため、フリーフォール時以外には、油圧ポンプ３２からの圧油がアンロードするので、油圧ポンプ３２に作用する負荷が小さくなり、さらなる燃費の向上を実現できる。

−第３の実施の形態−
図３を参照して本発明によるウインチ装置の第３の実施の形態について説明する。
図３は、本発明の第３の実施の形態に係るウインチ装置の構成を示す油圧回路図である。なお、図２と同一の箇所には同一の符号を付し、以下では第２の実施の形態との相違点を主に説明する。

第２の実施の形態では、油圧パイロット式のアンロード切換弁３６を用いたが、第３の実施の形態では、電気信号により切り換わる電磁式のアンロード切換弁３７を用いる。電磁切換弁２１を通過したブレーキ解除圧は、圧力スイッチ３８で検出され、ブレーキケース１１に導かれる作動油温は、温度センサ３９で検出される。コントローラ４０は圧力スイッチ３８からの信号によりブレーキ解除圧が所定値以上か否か、すなわちブレーキ装置１０が解除されているか否かを判定するとともに、温度センサ３９からの信号により作動油温が所定値以下か否か、すなわちドラグトルクを減少させる必要があるか否かを判定する。この判定結果に基づきコントローラ４０はアンロード切換弁３７に制御信号を出力し、アンロード切換弁３７を切り換える。

すなわち、ブレーキ解除圧が所定値以上かつ作動油温が所定値以下と判定されると、アンロード切換弁３７を位置ａに切り換え、油圧ポンプ３２からの圧油をオンロードする。また、ブレーキ解除圧が所定値未満、あるいは作動油温が所定値より高いと判定されると、アンロード切換弁３７を位置ｂに切り換え、油圧ポンプ３２からの圧油をアンロードする。これにより第２の実施の形態と同様、フリーフォール時以外には油圧ポンプ３２からの圧油がアンロードするので、燃費が向上する。また、第３の実施の形態では作動油温が高くなった場合もアンロードするので、さらに細かい制御が可能であり、作動油温を最適温度に維持できる。

上記実施の形態では、インナディスク１２にアシスト用のモータ３１を連結したが、アシスト用モータを他の場所に設けてもよい。油圧モータ３１ではなく電動モータをアシスト用モータとして用いてもよい。リリーフ弁３３により冷却油を加圧して加熱するようにしたが、加熱手段はこれに限らない。すなわち本発明は、冷却油を加熱してドラグトルクを低減するとともに、ドラム１の回転をモータ３１でアシストして十分なフリーフォール速度を得るものであり、上述した以外の種々の構成によってこれを実現可能である。油圧ポンプ３２からの圧油をブレーキケース内に供給する回路に油圧モータ３１を介装し、冷却油供給用の油圧源をモータ駆動用の油圧源として用いたが、各油圧源を別々に設けてもよい。

上記実施の形態（図２）では、フリーフォール停止時に、アンロード切換弁３６の切換により油圧ポンプ３２からの圧油をアンロードするようにしたが、少なくともフリーフォール時にフリーフォール停止時よりも油圧源から油圧モータ３１へ作用する駆動圧を大きくするのであれば、駆動圧制御手段の構成は上述したものに限らない。また、上記実施の形態（図３）では、油温検出手段としての温度センサ３９により作動油温を検出し、フリーフォール時に油温検出値が所定値より高いと、アンロード切換弁３７の切換により油圧ポンプ３２からの圧油をアンロードするようにしたが、少なくともフリーフォール時に所定値以下の油温が検出されると、所定値より高い油温が検出されたときよりも油圧モータ３１へ作用する駆動圧を大きくするのであれば、駆動圧制御手段の構成は上述したものに限らない。

上記実施の形態では、湿式多板式ブレーキを用いたが、他のブレーキ装置を用いてもよい。したがって、回転体もインナディスク１２に限らない。油が封入された空間内に回転体を回転可能に収容するブレーキケース１１の構成も上述したものに限らない。油圧モータ２の駆動力を遊星減速機構５を介してウインチドラム１に伝達するようにしたが、他の減速機を介して伝達するようにしてもよい。電磁切換弁２１の切換とブレーキ弁２２の作動によりブレーキ装置１０を制御するようにしたが、ブレーキ制御装置の構成はこれに限らない。すなわち、本発明の特徴、機能を実現できる限り、本発明は実施の形態のウインチ装置に限定されない。

本発明の第１の実施の形態に係るウインチ装置の構成を示す油圧回路図。 本発明の第２の実施の形態に係るウインチ装置の構成を示す油圧回路図。 本発明の第３の実施の形態に係るウインチ装置の構成を示す油圧回路図。

符号の説明

１ ウインチドラム
２ 油圧モータ
５ 遊星減速機構
１０ ブレーキ装置
２１ 電磁切換弁
３１ 油圧モータ
３２ 油圧ポンプ
３３ リリーフ弁
３６，３７ アンロード切換弁
３９ 温度センサ
４０ コントローラ

Claims (4)

1. ウインチドラムと、
   前記ウインチドラムを巻上／巻下駆動する巻上用油圧モータと、
   吊り荷の負荷によるフリーフォール時に、油が封入された空間内をウインチドラムと一体に回転する回転体を有し、この回転体の回転を制動するブレーキ装置と、
   フリーフォール時に前記回転体の回転を許容し、フリーフォールの停止時に前記回転体の回転を阻止するように前記ブレーキ装置を制御するブレーキ制御装置と、
   前記空間内に供給される油を加圧して加熱する加熱手段と、
   フリーフォール時に前記ウインチドラムの回転をアシストするアシスト用モータと、
   前記ブレーキ装置の空間内および前記アシスト用モータに油を供給する油圧源とを備えることを特徴とするウインチ装置。
2. 請求項１に記載のウインチ装置において、
   前記巻上用油圧モータは、減速機を介して前記ウインチドラムを巻上／巻下駆動し、
   前記アシスト用モータは、前記減速機を介さずに前記ウインチドラムの回転をアシストすることを特徴とするウインチ装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のウインチ装置において、
   フリーフォール時にはフリーフォール停止時よりも、前記油圧源から前記アシスト用モータに作用する駆動圧を大きくする駆動圧制御手段をさらに備えることを特徴とするウインチ装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のウインチ装置において、
   前記空間内に供給される油の温度を検出する油温検出手段と、
   フリーフォール時に前記油温検出手段により所定値以下の油温が検出されると、前記所定値より高い油温が検出されたときよりも、前記油圧源から前記アシスト用モータへ作用する駆動圧を大きくする駆動圧制御手段とを備えることを特徴とするウインチ装置。

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