JP5615759B2

JP5615759B2 - ブレーキ装置およびウインチ装置

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Publication number: JP5615759B2
Application number: JP2011104641A
Authority: JP
Inventors: 船渡　孝次; 孝次船渡
Original assignee: Hitachi Sumitomo Heavy Industries Construction Crane Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Construction Crane Co Ltd
Priority date: 2011-05-09
Filing date: 2011-05-09
Publication date: 2014-10-29
Anticipated expiration: 2031-05-09
Also published as: JP2012237322A

Description

本発明は、湿式多板式のブレーキを備えたブレーキ装置、および、このブレーキ装置を備えた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、湿式多板式のブレーキを有するウインチ装置が知られている（特許文献１参照）。特許文献１のウインチ装置では、冷却油ポンプからブレーキに冷却油を供給する油路に、リリーフ弁を有する油路が接続され、湿式多板式のブレーキの複数の摩擦板間を冷却油が流れる。複数の摩擦板間を冷却油が流れるとき圧力損失が発生し、この圧力損失に起因してブレーキディスク（プレッシャープレート）の両面に差圧が発生する。差圧はブレーキ操作性に影響を与えるので、特許文献１のウインチ装置では、作用する差圧の変化を少なくして、ブレーキの操作性を向上させている。

特許４０８５６７０号公報

しかし、ブレーキにおける複数の摩擦板間を通過する冷却油は、温度が低いほど粘性抵抗が大きくなる特性がある。上記した特許文献１に記載のウインチ装置では、冷却油の温度が低い場合に摩擦板間に介在する冷却油の粘性によって摩擦板間に回転抵抗（いわゆるドラグトルク）が作用する。そのため、ブレーキを解除した際にフリーフォール速度が低下して作業効率が低下してしまうといった問題点があった。

請求項１に係る発明は、複数の摩擦板、摩擦板間の油路を含む油の主流路、および摩擦板間の油路を含まない油のバイパス流路を有する湿式多板式のブレーキと、油を加熱する加熱手段と、加熱手段により加熱された油をブレーキに供給する油供給手段と、摩擦板間を通過する油の流路抵抗によりブレーキ内圧力が所定値まで上昇したときに、ブレーキに供給される油をバイパスさせてバイパス流路に供給する圧力制御手段とを備えることを特徴とするブレーキ装置である。
請求項２に係る発明は、請求項１に記載のブレーキ装置において、ブレーキは、圧力制御手段を介することなく油供給手段によって供給される油をブレーキ内に導入する入口と、圧力制御手段を介して油供給手段によって供給される油をブレーキ内に導入するバイパス口と、ブレーキ外に油を排出する出口とを有し、主流路は、入口と出口との間において形成され、バイパス流路は、バイパス口と出口との間において形成されることを特徴とするブレーキ装置である。
請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載のブレーキ装置において、圧力制御手段は、ブレーキに組み込まれていることを特徴とするブレーキ装置である。
請求項４に係る発明は、複数の摩擦板を有する湿式多板式のブレーキと、ブレーキに供給する油を吐出する油圧ポンプとを備えたブレーキ装置であって、ブレーキは、油をブレーキ内に導入する第１の給油ポートおよび第２の給油ポートと、油をブレーキ外に排出する排油ポートと、第１の給油ポートと排油ポートとの間において摩擦板間の油路を含むように形成される第１のブレーキ内流路と、第２の給油ポートと排油ポートとの間において摩擦板間の油路を含まないように形成される第２のブレーキ内流路とを有し、ブレーキ装置は、さらに、油圧ポンプの吐出口とブレーキの第１の給油ポートとを連通する第１の油路と、第１の油路とブレーキの第２の給油ポートとに接続された第２の油路と、第２の油路に設けられ、摩擦板間を通過する油の流路抵抗によりブレーキ内圧力が所定値まで上昇したときに開弁する圧力制御弁と、油を加熱する加熱手段とを備え、圧力制御弁が閉じているときには、油圧ポンプにより吐出された油は第２の油路を介して第２の給油ポートに供給されず、第１の油路を介して第１の給油ポートに供給され、圧力制御弁が開いているときには、油圧ポンプにより吐出された油は第２の油路を介して第２の給油ポートに供給されることを特徴とするブレーキ装置である。
請求項５に係る発明は、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のブレーキ装置を備えたウインチ装置であって、ウインチドラムと、ウインチドラムを巻上げおよび巻下げ駆動する油圧モータと、油圧モータに圧油を供給するウインチドラム駆動用油圧ポンプとを備え、ブレーキ装置は、ウインチドラムの回転を制動し、ブレーキ装置の加熱手段は、油圧モータとウインチドラム駆動用油圧ポンプとを接続する油路の途中に設けられて、外部からの信号により圧油の供給を遮断する方向切換弁と、ウインチドラム駆動用油圧ポンプの吐出口および方向切換弁のプレッシャーポートを連通する油路と方向切換弁の戻りポートおよびタンクを連通する油路との間に介挿される圧力制御弁とを含んで構成されることを特徴とするウインチ装置である。

本発明によれば、ブレーキ解除時の油の粘性による回転抵抗を低減することのできるブレーキ装置およびフリーフォール速度の不足を解消して作業効率の向上を図ることのできるウインチ装置を提供することができる。

本発明の第１の実施の形態に係るブレーキ装置を備えるウインチ装置を適用したクレーンの外観側面図である。本発明の第１の実施の形態に係るブレーキ装置を備えるウインチ装置の構成を示す油圧回路図である。本発明の第１の実施の形態に係るブレーキの構成とブレーキ内を通過する冷却油の流れを示す模式図である。（ａ）は本発明の第１の実施の形態に係るブレーキの摩擦板間を通過する冷却油の流れを示す模式図であり、（ｂ）は本発明の第１の実施の形態に係るブレーキの摩擦板間をバイパスする冷却油の流れを示す模式図である。（ａ）は本発明の第１の実施の形態に係るブレーキとリリーフ弁を示す模式図であり、（ｂ）は従来のブレーキとリリーフ弁を示す模式図である。本発明の第２の実施の形態に係るブレーキの構成とブレーキ内を通過する冷却油の流れを示す模式図である。本発明の第３の実施の形態に係るブレーキの構成とブレーキ内を通過する冷却油の流れを示す模式図である。本発明の変形例に係るブレーキの構成を示す模式図である。本発明の変形例に係るブレーキの構成を示す模式図である。

―第１の実施の形態―
以下、本発明によるブレーキ装置およびこのブレーキ装置を備えたウインチ装置の実施の形態を、図面を参照して説明する。本実施の形態に係るブレーキ装置およびこのブレーキ装置を備えたウインチ装置は種々の産業機械に適用できるが、代表して建設機械におけるクレーンに用いられるブレーキ装置およびウインチ装置に基づいて説明する。

（クレーンの全体構成）
クレーンの全体構成について、図１を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態に係るブレーキ装置を備えるウインチ装置を適用したクレーンの外観側面図である。図１に示すように、クレーンは、走行体１０１と、走行体１０１上に旋回可能に設けられた旋回体１０２と、旋回体１０２に起伏可能に軸支されたブーム１０３とを有する。旋回体１０２にはウインチドラム１００が搭載され、ウインチドラム１００の駆動によりワイヤロープ１０４が巻上げまたは巻下げられ、吊り荷１０６が昇降する。旋回体１０２には起伏ドラム１０７が搭載され、起伏ドラム１０７の駆動により起伏ロープ１０８が巻上げまたは巻下げられ、ブーム１０３が起伏される。

（ウインチ装置の構成）
ウインチ装置の構成について、図２を参照して説明する。図２は、第１の実施の形態のクレーンに搭載されたウインチ装置の構成を示す油圧回路図である。図２に示すように、油圧回路には、エンジン２０で駆動される第１ポンプ３および第２ポンプ３２ならびにパイロットポンプ２３が設けられている。第１ポンプ３および第２ポンプ３２ならびにパイロットポンプ２３は、タンク９内の作動油を圧油として吐出する。

第１ポンプ３から吐出される圧油は、ウインチ駆動用の油圧回路に供給され、第２ポンプ３２から吐出される圧油は、ブレーキ冷却用の油圧回路に供給され、パイロットポンプ２３から吐出される圧油は、ブレーキ作動用の油圧回路に供給される。

ウインチ装置は、ウインチドラム１００と、ウインチドラム１００を巻上げおよび巻下げ駆動する油圧モータ２と、油圧モータ２に圧油を供給するウインチドラム駆動用の油圧ポンプである第１ポンプ３と、第１ポンプ３から油圧モータ２への圧油の流れを制御する制御弁ユニット４と、油圧モータ２の駆動力をウインチドラム１００に伝達する遊星減速機構５と、遊星減速機構５のキャリア軸５４を制動することによりウインチドラム１００の自由回転を阻止するブレーキ装置１０とを備える。

ブレーキ装置１０には、複数の摩擦板を備える湿式多板式のブレーキ１を採用している。このようなブレーキ１は摩擦板の面積が大きいため、吊り荷１０６のフリーフォール作業において十分なブレーキ力を発揮することができる。しかし、その反面、摩擦板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。そこで、本実施の形態のブレーキ装置１０を備えるウインチ装置では、冷却油の温度を適宜上昇させることで粘度を低下させて、ドラグトルクの低減を図る。ブレーキ装置１０の詳細については後述する。

制御弁ユニット４は、油圧モータ２と第１ポンプ３とを接続する油路の途中に設けられている。制御弁ユニット４は、操作レバーの操作量に応じたパイロット圧により操作されるウインチ操作用制御弁４Ａと、冷却油加熱用スイッチＳＷからの信号により切り換えられる冷却油加熱用制御弁４Ｂと、リリーフ弁４Ｃとを含んで構成される。

（ウインチ操作用制御弁）
ウインチ操作用制御弁４Ａは、操作レバーが操作されていないときには、中立位置ａにおいて保持され、操作レバーの操作に応じて切換位置ｂの方向または切換位置ｃの方向に切り換えられる。後述する冷却油加熱用制御弁４Ｂが位置ａに切り換わっているときであって、ウインチ操作用制御弁４Ａが中立位置ａに保持されているとき、第１ポンプ３から供給された圧油は油圧モータ２側に流れることなくタンク９に回収される。ウインチ操作用制御弁４Ａが切換位置ｂまたは切換位置ｃに切り換わると、第１ポンプ３からの圧油が油圧モータ２に供給されるため、油圧モータ２が回転する。

（油圧モータ）
油圧モータ２は、ウインチ操作用制御弁４Ａを介して給排される圧油によって、正逆方向に回転する。後述する遊星減速機構５のキャリア軸５４がブレーキ装置１で制動されているときに、油圧モータ２が一方向に回転するとワイヤロープ１０４を巻き上げる方向にウインチドラム１００が駆動し、他方向に回転するとワイヤロープ１０４を巻き下げる方向にウインチドラム１００が駆動する。

（遊星減速機構）
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１００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の側壁を貫通してブレーキケース１１内に達している（図３参照）。

（冷却油加熱用の制御弁およびリリーフ弁）
冷却油加熱用制御弁４Ｂは、電磁弁であって、冷却油加熱用スイッチＳＷからの操作信号により切り換えられる。冷却油加熱用制御弁４Ｂは、冷却油加熱用スイッチＳＷがオフのときには初期位置ａにおいて保持され、オンされると切換位置ｂに切り換えられる。冷却油加熱用制御弁４Ｂが初期位置ａに保持されている状態では、第１ポンプ３からウインチ操作用制御弁４Ａに圧油が供給可能となり、切換位置ｂに切り換わった状態では、ウインチ操作用制御弁４Ａへの圧油の供給が遮断される。

リリーフ弁４Ｃのプレッシャーポート（Ｐポート）は、第１ポンプ３の吐出口と冷却油加熱用制御弁４Ｂのプレッシャーポート（Ｐポート）とを連通する油路４３に接続されている。リリーフ弁４Ｃの戻りポート（Ｒポート）は、冷却油加熱用制御弁４Ｂの戻りポート（Ｒポート）とタンク９とを連通する油路４４に接続されている。つまり、リリーフ弁４Ｃは、油路４３と油路４４との間に介挿されており、油路４３と油路４４の差圧（ばねで設定される）が所定値に達したときに開放される。

冷却油加熱用制御弁４Ｂが初期位置ａから切換位置ｂに切り換えられると、第１ポンプ３の吐出油が遮断されるため、油圧回路内の圧力が上昇する。回路圧力がリリーフ弁４Ｃの設定圧力に達するとリリーフ弁４Ｃが開いて、リリーフした圧油が油路４４に流れ込みタンク９に回収される。この過程で冷却油の温度が上昇する。すなわち、冷却油加熱用制御弁４Ｂおよびリリーフ弁４Ｃは、冷却油を加熱する加熱手段として機能する。

本実施の形態における冷却油の温度上昇に関して試算すると以下のようになる。
リリーフ弁４Ｃの通過前後における冷却油の温度変化を△Ｔ（Ｋ）とすると、△Ｔは、次の（１）式で表される。
△Ｔ（Ｋ）＝△Ｐ／γ／Ｃ・・・（１）
ここで、△Ｐはリリーフ弁４Ｃの通過前後における冷却油の圧力の差であり、γは冷却油の比重であり、Ｃは冷却油の比熱である。

たとえば、△Ｐを１（ＭＰａ）とし、γを０．８（ｋｇ／ｍ^３）とし、Ｃを１．８９（Ｊ／ｋｇ・Ｋ）とすると、△Ｔは０．６６（Ｋ）となる。すなわち、リリーフ弁４Ｃを通過した冷却油は、その温度が０．６６度上昇することとなる。

（ブレーキ装置の構成）
ブレーキ装置１０は、複数の摩擦板を有する湿式多板式のブレーキ１と、ブレーキ１に供給する冷却油を吐出する第２ポンプ３２と、ブレーキ弁２２およびフリーフォールモード切換弁２１が設けられるブレーキ作動用の油圧回路と、オイルクーラ８およびリリーフ弁３３が設けられるブレーキ冷却用の油圧回路とを含んで構成される。

（ブレーキの構成）
ブレーキ１の構成について、図３を参照して説明する。図３は、第１の実施形態に係るブレーキ１の構成を示す図であり、白抜きの矢印によりブレーキ１の摩擦板間を通過する冷却油の流れを模式的に示している。なお、破線で示す矢印は、リリーフ弁３３を介してバイパス用給油ポート１１ｃに供給される冷却油の流れを模式的に示している。

図３に示すように、ブレーキ１は、ブレーキケース１１内に複数の摩擦板、すなわち、インナディスク１２およびアウタディスク１３を備えた湿式多板式のブレーキである。ブレーキケース１１には、キャリア軸５４の端部が収容されるキャリア軸室１１５と、円環状の摩擦板が収容されるディスク室１１１と、ブレーキディスク１４を付勢するばね１６が収容されるばね室１１９とが連通して形成されている。

（インナディスクおよびアウタディスク）
インナディスク１２とアウタディスク１３は、ディスク室１１１において軸方向に交互に配置されている。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。なお、インナディスク１２とアウタディスク１３の表面には格子状の溝が形成されているため、インナディスク１２とアウタディスク１３とが圧接された状態であっても、油は溝を介して摩擦板間を流れることになる。

（ブレーキディスク）
キャリア軸５４端部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、ばね室１１９とキャリア軸室１１５とを区分するように配置されるプレッシャープレート１４ｄと、プレッシャープレート１４ｄからインナディスク１２側に延在する押し当て部１４ｃとが設けられている。プレッシャープレート１４ｄには、ばね室１１９とキャリア軸室１１５とを連通する貫通孔１４ａが形成されている。

プレッシャープレート１４ｄには、ばね室１１９に収容されているばね１６により付勢力が作用して、押し当て部１４ｃがインナディスク１２とアウタディスク１３とを圧接する。これによりインナディスク１２の表面に摩擦力が作用し、キャリア軸５４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にパイロットポート１１ｄから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。これによりインナディスク１２とアウタディスク１３との圧接力が除去され、キャリア軸５４が回転可能となる。

ブレーキシリンダ１５の油室１５ａは、フリーフォールモード切換弁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（図２参照）。フリーフォールモードスイッチがオフの状態では、フリーフォールモード切換弁２１が切換位置ｂに切り換えられており、油室１５ａはタンクに連通される。このため、ばね１６の付勢力によりブレーキディスク１４がインナディスク１２とアウタディスク１３とを圧接し、キャリア軸５４の回転が阻止される。これにより、油圧モータ２の正逆転により吊り荷１０６を動力巻上、動力降下することができる。

フリ―フォールモードスイッチがオンされて、フリーフォールモードになった状態では、ブレーキペダル２４を操作していないときには、パイロットポンプ２３からの圧油がブレーキ弁２２を介して油室１５ａに供給される。このため、ばね１６の付勢力に対抗した油圧力がブレーキディスク１４に作用し、インナディスク１２とアウタディスク１３との圧接力が除去され、キャリア軸５４が回転可能となる。このとき、吊り荷１０６は自重で自由降下する。

フリーフォールモードの状態では、ブレーキペダル２４を踏み込み操作することで、パイロットポンプ２３から供給される圧油がブレーキ弁２２により調圧され、油室１５ａの圧力がブレーキペダル２４の踏み込み量に応じて低減する。その結果、ばね１６の付勢力とブレーキ圧力により、ブレーキディスク１４がインナディスク１２とアウタディスク１３とを圧接する力が変化する。キャリア軸５４の制動力はこの圧接力に依存して変化するので、ブレーキペダル２４を踏み込むほど制動力が大きくなる。フリーフォールモードの状態でも、ブレーキペダル２４の踏み込みにより吊り荷１０６を空中で保持することができる。

（ブレーキの給油ポート、バイパス用給油ポートおよび排油ポート）
ブレーキケース１１には、ディスク室１１１に連通する給油ポート１１ａと、ばね室１１９に連通するバイパス用給油ポート１１ｃおよび排油ポート１１ｂが設けられている。排油ポート１１ｂは、キャリア軸５４の軸方向に直交する平面であって、且つ、バイパス用給油ポート１１ｃが配置される平面上に複数設けられている。複数の排油ポート１１ｂは、キャリア軸５４の軸心を中心としてバイパス用給油ポート１１ｃに対してほぼ１８０度対称となる位置の近傍にまとめて設けられている。このように、バイパス用給油ポート１１ｃと排油ポート１１ｂとの距離を確保することで、バイパス用給油ポート１１ｃから導入される温められた冷却油が低温の冷却油と充分に混ざり合うため、効率よくブレーキ１を温めることができる。

ディスク室１１１において給油ポート１１ａが接続される部分のブレーキケース内面には、円環状に流路１１１ａが形成され、この円環状流路１１１ａはディスク１２，１３の径方向外方に設けられる外周側流路１１１ｂ（図３の拡大図参照）と連通している。

（ブレーキ作動用の油圧回路）
図２に示すように、ブレーキ作動用の油圧回路は、パイロットポンプ２３の吐出口とブレーキケース１１のパイロットポート１１ｄとを連通する油路４５を有している。油路４５には、ブレーキ弁２２と、フリーフォールモード切換弁２１とが設けられている。

（フリーフォールモード切換弁）
フリーフォールモード切換弁２１は、電磁弁であって、図示しないフリーフォールスイッチからの操作信号により切り換えられる。フリーフォールスイッチがオンされると切換位置ａに切り換えられ、オフされると切換位置ｂに切り換えられる。フリーフォールモード切換弁２１が切換位置ａに切り換わると、パイロットポンプ２３からブレーキ１の油室１５ａ（図３参照）に圧油が供給され、ブレーキペダル２４の踏み込み量に応じて吊り荷１０６をフリーフォールすることができる。切換位置ｂに切り換わると、パイロットポンプ２３から供給される圧油の流れが遮断され、油室１５ａ（図３参照）はタンク圧となる。切換位置ｂでは、ばね１６のばね力でキャリア軸５４が制動されるから（図３参照）、油圧モータ２の正逆転により吊り荷１０６が動力巻上、動力降下される。

（ブレーキ弁）
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を介してフリーフォールモード切換弁２１にそのまま導かれる。したがって、フリーフォールモード切換弁２１がフリーフォールモード位置ａに切り換わっているとき、キャリア軸５４の制動力が最小となり、吊り荷１０６が自由降下する。ブレーキペダル２４の踏み込みにより、油室１５ａの圧力が低下し、この圧力がばね１６のばね力よりも小さくなると、キャリア軸５４の制動力が増加して吊り荷１０６を空中で制動することができる。フリーフォールモード切換弁２１が位置ｂに切り換わっているときは、油室１５ａはタンク圧となり、ばね１６のばね力によりキャリア軸５４が制動され、油圧モータ２の正逆転により吊り荷１０６を動力巻上、動力降下することができる。

（ブレーキ冷却用の油圧回路）
ブレーキ冷却用の油圧回路は、第２ポンプ３２の吐出口とブレーキ１の給油ポート１１ａとを連通する油路４１と、油路４１とブレーキ１のバイパス用給油ポート１１ｃとに接続されたリリーフ用の油路４２とを有している。油路４１にはオイルクーラ８が設けられ、油路４２にはリリーフ弁３３が設けられている。
（オイルクーラ）
オイルクーラ８は、冷却ファンと、第２ポンプ３２により供給される冷却油によって回転するファンモータとを有している。オイルクーラ８の冷却ファンは、ファンモータによって駆動されて、オイルクーラ８を通過する冷却油を冷却する。

（ブレーキ保護用のリリーフ弁）
リリーフ弁３３は、ブレーキ冷却用の油圧回路内圧力の上限を規定してブレーキ１を保護する。なお、ブレーキ１内を流れる冷却油の温度が低いほど粘性抵抗が大きくなるため、冬季や寒冷地などの低温環境下で使用する場合にブレーキ１の圧力が増加しやすい。

ブレーキ１の摩擦板間を通過する油の流路抵抗によりブレーキ１内の圧力が上昇して所定圧（リリーフ弁３３の設定圧力）に達すると、リリーフ弁３３が開いて、第２ポンプ３２で加圧された圧油がリリーフ弁３３を通過して油路４２に流れ込み、後述するブレーキ１のバイパス流路を構成するばね室１１９（図３参照）を通って、タンク９に回収される。つまり、ブレーキ内圧力が所定値まで上昇すると、ブレーキ１に供給される冷却油は油路４２からブレーキ１内のばね室１１９に供給される。なお、リリーフ弁３３が開放した際にも、リリーフ弁３３を通過した冷却油の温度の上昇効果が期待できる。

（ブレーキケース内における冷却油の流れ）
ブレーキ解除時のブレーキケース内における冷却油の流れについて図３および図４を参照して説明する。図４（ａ）は軸方向から見たときのブレーキ１の摩擦板間を通過する冷却油の流れを示す模式図であり、図４（ｂ）はブレーキ１の摩擦板間をバイパスする冷却油の流れを示す模式図である。

図３および図４（ａ）に示すように、リリーフ弁３３が開放されていない通常の状態（リリーフ弁非作動時）にあるとき、冷却油は、ブレーキケース１１の給油ポート１１ａからディスク室１１１に供給される。ディスク室１１１に供給された冷却油は、円環状のディスク室１１１の外周側流路１１１ｂに沿って流れるとともに外周側流路１１１ｂから軸中心に向かって流れてインナディスク１２とアウタディスク１３の間を通過した後、キャリア軸室１１５に流入し、ブレーキディスク１４の貫通孔１４ａを介してばね室１１９に流入する。ばね室１１９に流入した冷却油は、複数の排油ポート１１ｂからブレーキ１外に排出されてタンク９に戻る。

図３および図４（ｂ）に示すように、リリーフ弁３３が開放されている状態（リリーフ弁作動時）にあるとき、冷却油は、ブレーキケース１１のバイパス用給油ポート１１ｃからばね室１１９に供給されて、キャリア軸室１１５にほとんど流入することなくそのまま排油ポート１１ｂから排出されてタンク９に戻る。

つまり、リリーフ弁３３が開放されていない通常の状態において、給油ポート１１ａから冷却油が供給されると、給油ポート１１ａと排油ポート１１ｂとの間において摩擦板間に形成される油路を含むように主流路が形成される。リリーフ弁３３が開放された状態において、バイパス用給油ポート１１ｃから冷却油が供給されると、バイパス用給油ポート１１ｃと排油ポート１１ｂとの間において摩擦板間の油路を含まないようにバイパス流路が形成される。バイパス流路は、摩擦板間を含んでいないため、圧力損失が小さく抑えられており、リリーフ弁３３からの冷却油はスムーズに排油ポート１１ｂから排出されてタンク９に回収される。

以上説明した本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。
リリーフ弁４ｃにより温められた冷却油がブレーキ１内に導入される構成とした。これにより、ブレーキ１を短時間で温めることができるため、低温環境下で使用された場合であっても、ブレーキ１の引きずり抵抗によるフリーフォール速度の不足を解消することができる。

リリーフした圧油をブレーキ１内に導入したことの利点について図５を参照して具体的に説明する。図５（ａ）は本発明の第１の実施の形態に係るブレーキ１とリリーフ弁３３を示す模式図であり、図５（ｂ）は従来のブレーキ６１とリリーフ弁６３を示す模式図である。

図５（ｂ）に示すように、従来例では、温められた冷却油はブレーキ６１へ流入せず、油路６２を介してタンク６９に回収される。この結果、ブレーキ６１は低温の状態が続くため、フリーフォール時の回転抵抗が大きく、フリーフォール速度が低下する。

これに対して、図５（ａ）に示すように、第１の実施の形態に係るブレーキ装置１０では、リリーフ弁４ｃからリリーフして温められた冷却油はブレーキ１内のバイパス流路（ばね室１１９）に流入するため、ブレーキ１が短時間で温められる。この結果、低温環境下で使用する場合に、油の粘性による回転抵抗を迅速に低減することができる。

―第２の実施の形態―
図６を参照して、第２の実施の形態に係るブレーキ装置１０を説明する。図６は、本発明の第２の実施の形態に係るブレーキ１の構成とブレーキ１内を通過する冷却油の流れを示す模式図である。第２の実施の形態では、ブレーキ１の構造およびブレーキ１の作動原理が第１の実施の形態と異なっている。第１の実施の形態のように、ばねによりブレーキディスク１４を付勢して摩擦板を圧接するのではなく、第２の実施の形態では、ブレーキペダル２４を操作することによりパイロットポート１１ｄを介して油室１５ａに圧力を加えることで摩擦板を圧接する。すなわち、第２の実施形態のブレーキ装置１０は、第１の実施形態のネガブレーキとは異なりポジブレーキである。したがって、フリーフォールモード切換弁２１は省略されている。

なお、第２の実施形態では、ブレーキ装置１０をポジブレーキとして、以下のように吊り荷を動力巻上げし、動力降下し、自由降下する。ブレーキペダル２４の踏み込みにより遊星減速機構５のキャリア軸５４を制動した状態で、油圧モータ２を正転、逆転して吊り荷の動力巻上と動力降下を行う。また、油圧モータ２を停止した状態でブレーキペダル２４の踏み込みを緩めて吊り荷を自重で自由落下させる。
以下、第１の実施の形態との相違点について詳しく説明する。

図６に示すように、油室１５ａは、キャリア軸５４が挿通される側と反対側の端部において、ブレーキケース１１とブレーキディスク１４のプレッシャープレート１４ｄによって区画形成されている。ブレーキ弁２２は、ブレーキペダル２４により操作されて、ブレーキペダル２４の非操作時には、パイロットポンプ２３からの圧油は、ブレーキ１に流れることなくタンク９に回収される。ブレーキペダル２４を踏み込むと、パイロットポンプ２３からの圧油がブレーキ弁２２の踏み込み量に応じた圧力に調圧されてパイロットポート１１ｄから油室１５ａに供給される。

すなわち、ブレーキペダル２４を操作すると、油室１５ａ側のプレッシャープレート１４ｄの全面にブレーキ弁２２で調圧された圧力が加わり、押し当て部１４ｃによりインナディスク１２とアウタディスク１３とを圧接してキャリア軸５４を制動することができる。

第２の実施の形態では、バイパス用給油ポート１１ｃおよび排油ポート１１ｂはキャリア軸室１１５に直接開口している。すなわち、キャリア軸室１１５がブレーキ１内のバイパス流路となる。なお、キャリア軸室１１５とバイパス用給油ポート１１ｃおよび排油ポート１１ｂとは、押し当て部１４ｃに設けられる貫通孔１４ｂを介して連通されている。なお、給油ポート１１ａは、摩擦板が収容されたディスク室１１１を経由してキャリア軸室１１５に連通している。

したがって、リリーフ弁３３が開放されていない通常の状態（リリーフ弁非作動時）にあるとき、冷却油は、ブレーキケース１１の給油ポート１１ａからディスク室１１１に供給されて、インナディスク１２とアウタディスク１３の間を通過した後、キャリア軸室１１５に流入し、貫通孔１４ｂを介して排油ポート１１ｂから排出されてタンク９に戻る。

リリーフ弁３３が開放されている状態（リリーフ弁作動時）にあるとき、冷却油は、ブレーキケース１１のバイパス用給油ポート１１ｃから貫通孔１４ｂを介してキャリア軸室１１５に供給されて、ディスク室１１１にほとんど流入することなくそのまま排油ポート１１ｂから排出されてタンク９に戻る。

つまり、リリーフ弁３３が開放されていない通常の状態において、給油ポート１１ａから冷却油が供給されると、給油ポート１１ａと排油ポート１１ｂとの間において摩擦板間の油路を含むように主流路が形成される。リリーフ弁３３が開放された状態において、バイパス用給油ポート１１ｃから冷却油が供給されると、バイパス用給油ポート１１ｃと排油ポート１１ｂとの間において摩擦板間の油路を含まないようにバイパス流路が形成される。

したがって、第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様に、ブレーキ解除時の油の粘性による回転抵抗を低減することのできるブレーキ装置１０およびフリーフォール速度の不足を解消して作業効率の向上を図ることのできるウインチ装置を提供することができる。

―第３の実施の形態―
図７を参照して第３の実施の形態に係るブレーキ装置１０を説明する。図７は、本発明の第３の実施の形態に係るブレーキ１の構成とブレーキ１内を通過する冷却油の流れを示す模式図である。第３の実施の形態では、ブレーキ１の作動原理は第２の実施の形態と同様であるが、給油ポート１１ａ、バイパス用給油ポート１１ｃおよび排油ポート１１ｂの位置が異なっている。具体的には、給油ポート１１ａがキャリア軸室１１５に開口し、バイパス用給油ポート１１ｃおよび排油ポート１１ｂがディスク室１１１の円環状流路１１１ａに連通されている。すなわち、円環状流路１１１ａがブレーキ１内のバイパス流路となる。

したがって、リリーフ弁３３が開放されていない通常の状態（リリーフ弁非作動時）にあるとき、冷却油は、ブレーキケース１１の給油ポート１１ａからキャリア軸室１１５に供給されて、キャリア軸室１１５からディスク室１１１に流入し、インナディスク１２とアウタディスク１３の間を通過した後、排油ポート１１ｂから排出されてタンク９に戻る。

リリーフ弁３３が開放されている状態（リリーフ弁作動時）にあるとき、冷却油は、ブレーキケース１１のバイパス用給油ポート１１ｃからディスク室１１１の円環状の流路１１１ａに供給されて、摩擦板側にほとんど流入することなく円環状の流路１１１ａに沿って流れて、そのまま排油ポート１１ｂから排出されてタンク９に戻る。

したがって、第３の実施の形態によれば、第１および第２の実施の形態と同様に、ブレーキ解除時の油の粘性による回転抵抗を低減することのできるブレーキ装置１０およびフリーフォール速度の不足を解消して作業効率の向上を図ることのできるウインチ装置を提供することができる。

次のような変形も本発明の範囲内であり、変形例の一つ、もしくは複数を上述の実施形態と組み合わせることも可能である。
［変形例］
（１）ブレーキ装置１０は、ワイヤロープ１０４により吊り荷１０６を巻上げまたは巻下げるウインチ装置に適用する場合に限定されない。起伏ドラム１０７の回転を制動するブレーキ装置に第１〜第３の実施の形態に係るブレーキ装置を採用することができる。さらに、ブレーキ装置１０は、ウインチ装置に適用する場合に限定されることなく、種々の産業機械における回転機械を制動するブレーキ装置に適用することができる。たとえば、クレーンの走行体１０１に対する旋回体１０２の旋回動作を制動するブレーキ装置に適用できる。湿式多板ブレーキ付きの走行装置などにも適用できる。

（２）冷却油加熱用制御弁４Ｂとリリーフ弁４Ｃとで冷却油を加熱する場合に限定されない。電熱器を有するオイルヒーターにより冷却油を加熱する構成としてもよい。
（３）加熱手段をウインチ駆動用の油圧回路内に設ける場合に限定されることもない。ブレーキ冷却用の油圧回路や、タンク９を介して接続される他の油圧回路に加熱手段を設けてもよい。
（４）第１〜第３の実施の形態では、冷却油加熱用スイッチＳＷを操作することにより、冷却油加熱用制御弁４Ｂを作動させてリリーフ弁４ｃを開放させることで油を加熱したが、このように加熱手段を手動で作動させることなく温度センサを設けて、検出された油温度が所定値以下であった場合に自動で加熱手段を作動する構成としてもよい。

（５）オイルクーラ８の冷却ファンは、油圧ポンプで供給される圧油により回転する油圧モータで駆動する構成に限定されない。電動モータにより、冷却ファンを駆動させる構成としてもよい。
（６）オイルクーラ８は、ブレーキ冷却用の油圧回路に設ける場合に限定されない。タンク９を介して接続される他の油圧回路に設けてもよい。
（７）オイルクーラ８の油圧モータが設置される油路に温度センサと方向制御弁を設けて、検出された温度が所定値以上であった場合に、オイルクーラ８を通過しないように自動で油をバイパスさせる構成としてもよい。電動式のオイルクーラの場合は、方向制御弁は省略されて検出された温度が所定値以上となったときに、自動で冷却ファンを停止する構成とすることができる。自動でオイルクーラをバイパスする、または冷却ファンを停止する構成を採用することにより、油を効率的に加熱することができる。
（８）冬季や寒冷地などの低温環境下において使用される場合、オイルクーラ８を省略することができる。

（９）リリーフ弁４Ｃ，３３に代えて、チェック弁を採用してもよい。
（１０）ブレーキ保護用のリリーフ弁あるいはチェック弁は、油路４２に設けずにブレーキ１に組み込んでもよい。たとえば、第２の実施の形態に係るブレーキ装置１０において、図８に示すように、給油ポート１１ａとキャリア軸室１１５との間におけるブレーキディスク１４の押し当て部１４ｃにチェック弁７３を介在させてもよい。
第３の実施の形態に係るブレーキ装置１０において、図９に示すように、給油ポート１１ａと円環状の流路１１１ａとの間におけるブレーキケース１１の側壁内にチェック弁７３を介在させてもよい。
なお、第１の実施の形態に係るブレーキ装置１０も第２の実施の形態と同様にリリーフ弁やチェック弁をブレーキ１に組み込むことができる。これにより、第１〜第３の実施の形態におけるリリーフ弁３３および油路４２、バイパス用給油ポート１１ｃを省略することができるため、油路を形成する油圧ホースの配置の自由度が向上する。

（１１）第１〜第３の実施の形態では、吊り荷を自由降下させる時、ブレーキペダル２４を踏み込むことでブレーキ力を作用させて、ウインチドラム１００の回転を停止させる構成とした。反対に、ブレーキペダル２４の非操作時にブレーキ力を作用させ、ブレーキペダル２４を踏み込んだ時にブレーキを解除してフリーフォールを実行可能とする構成としてもよい。

本発明は、上述した実施の形態に限定されるものでなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で自由に変更、改良が可能である。

１ブレーキ、２油圧モータ、３第１ポンプ、４制御弁ユニット、４Ａウインチ操作用制御弁、４Ｂ冷却油加熱用制御弁、４Ｃリリーフ弁、１０ブレーキ装置、１１ブレーキケース、１１ａ給油ポート、１１ｂ排油ポート、１１ｃバイパス用給油ポート、１１ｄパイロットポート、１２インナディスク、１３アウタディスク、１４ブレーキディスク、２３パイロットポンプ、２４ブレーキペダル、３２第２ポンプ、３３リリーフ弁、４１〜４５油路、１００ウインチドラム、１１１ディスク室、１１１ａ円環状流路、１１１ｂ外周側流路、１１５キャリア軸室、１１９ばね室

Claims

複数の摩擦板、前記摩擦板間の油路を含む油の主流路、および前記摩擦板間の油路を含まない油のバイパス流路を有する湿式多板式のブレーキと、
前記油を加熱する加熱手段と、
前記加熱手段により加熱された油を前記ブレーキに供給する油供給手段と、
前記摩擦板間を通過する油の流路抵抗によりブレーキ内圧力が所定値まで上昇したときに、前記ブレーキに供給される油をバイパスさせて前記バイパス流路に供給する圧力制御手段とを備えることを特徴とするブレーキ装置。
請求項１に記載のブレーキ装置において、
前記ブレーキは、前記圧力制御手段を介することなく前記油供給手段によって供給される油をブレーキ内に導入する入口と、前記圧力制御手段を介して前記油供給手段によって供給される油をブレーキ内に導入するバイパス口と、前記ブレーキ外に油を排出する出口とを有し、
前記主流路は、前記入口と出口との間において形成され、
前記バイパス流路は、前記バイパス口と出口との間において形成されることを特徴とするブレーキ装置。
請求項１または請求項２に記載のブレーキ装置において、
前記圧力制御手段は、前記ブレーキに組み込まれていることを特徴とするブレーキ装置。
複数の摩擦板を有する湿式多板式のブレーキと、
前記ブレーキに供給する油を吐出する油圧ポンプとを備えたブレーキ装置であって、
前記ブレーキは、前記油をブレーキ内に導入する第１の給油ポートおよび第２の給油ポートと、前記油をブレーキ外に排出する排油ポートと、前記第１の給油ポートと排油ポートとの間において前記摩擦板間の油路を含むように形成される第１のブレーキ内流路と、前記第２の給油ポートと排油ポートとの間において前記摩擦板間の油路を含まないように形成される第２のブレーキ内流路とを有し、
前記ブレーキ装置は、
さらに、前記油圧ポンプの吐出口と前記ブレーキの第１の給油ポートとを連通する第１の油路と、
前記第１の油路と前記ブレーキの第２の給油ポートとに接続された第２の油路と、
前記第２の油路に設けられ、前記摩擦板間を通過する油の流路抵抗によりブレーキ内圧力が所定値まで上昇したときに開弁する圧力制御弁と、
前記油を加熱する加熱手段とを備え、
前記圧力制御弁が閉じているときには、前記油圧ポンプにより吐出された油は前記第２の油路を介して前記第２の給油ポートに供給されず、前記第１の油路を介して前記第１の給油ポートに供給され、
前記圧力制御弁が開いているときには、前記油圧ポンプにより吐出された油は前記第２の油路を介して前記第２の給油ポートに供給されることを特徴とするブレーキ装置。
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のブレーキ装置を備えたウインチ装置であって、
ウインチドラムと、
前記ウインチドラムを巻上げおよび巻下げ駆動する油圧モータと、
前記油圧モータに圧油を供給するウインチドラム駆動用油圧ポンプとを備え、
前記ブレーキ装置は、前記ウインチドラムの回転を制動し、
前記ブレーキ装置の加熱手段は、前記油圧モータと前記ウインチドラム駆動用油圧ポンプとを接続する油路の途中に設けられて、外部からの信号により圧油の供給を遮断する方向切換弁と、前記ウインチドラム駆動用油圧ポンプの吐出口および前記方向切換弁のプレッシャーポートを連通する油路と前記方向切換弁の戻りポートおよびタンクを連通する油路との間に介挿される圧力制御弁とを含んで構成されることを特徴とするウインチ装置。