JP5723248B2 - 液圧ユニット - Google Patents

Description

本発明は、ポンプとそれを駆動するモータとを有した液圧ユニットに関する。

流体圧回路の液圧駆動源として、ポンプとモータとを一体化した電動式の液圧ユニットが用いられている。例えば、各種の産業機械装置において加工機器やワークを所定の位置に移動させるために複動型の油圧シリンダが組み付けられており、この油圧シリンダの駆動に双方向油圧ポンプとサーボモータとを組み合わせた油圧ユニットが用いられている。

従来において、電動式の液圧ユニットのポンプを緊急処置として手動で作動させるための機構および構造が提案されている。特許文献１には、モータの回転軸におけるポンプと接続される側ではない側の端部をモータカバーの外部に露出させ、モータの回転軸に直接に手動用ハンドルを連結した液圧ユニットが記載されている。特許文献２には、モータの駆動軸にポンプと接続される側ではない側の端部に、ハンドクランクを直接にまたは伝動装置を介して取り付けること、およびハンドクランクの取り外しを可能にすることが記載されている。加えて、特許文献２には、モータとハンドクランクとの間に一方向クラッチを介在させて、モータ運転時にハンドクランクが一緒に回転するのを防ぐことが記載されている。

なお、特許文献３において、自動モードで稼動する圧力源（エアポンプやエアタンク）と、手動でエアシリンダを駆動するためのハンドポンプとを備えたエアシリンダ駆動装置の開示がある。

特開平１０−１５９８１２号公報 特表２００１−５１５５６８号公報 特開２００６−３０８００９号公報

電動式の液圧ユニットを液圧源とする液圧システムにおいて、停電時の備えとして上記特許文献３の開示のように手動ポンプを液圧回路に組み入れることが考えられる。しかし、手動ポンプを組み入れる場合には、流路を切り替える弁が必要であり、さらに駆動対象のアクチュエータに突然に外力が加わっても手動ポンプが影響を受けないようにするためのチェック弁も必要である。このため、液圧回路の配管が複雑になり、システムが高価になる。

これに対して、上記特許文献１，２の開示のように液圧ユニットに手動用の機構を取り付ければ、液圧回路の配管を複雑化することなく、停電時や電気系のトラブル発生時に駆動対象の液圧を供給することができる。

しかし、上記特許文献１，２の開示のようにモータの回転軸におけるポンプと反対側の端部に手動用の機構を取り付ける場合には、使用可能なモータが回転軸の両端の露出する構造のものに限定されてしまう。手動用の機構を取り付けることで液圧ユニットが長くなるという問題もある。

加えて、手動用の機構がモータによって作動するのを防ぐ手段として上記特許文献３の開示のようにクラッチを用いると、クラッチが複雑な部品であることから液圧ユニットが高価になる。さらに、双方向ポンプを手動で双方向に駆動させる場合、不意のモータ回転に対する安全対策をクラッチで実現するのは難しい。

本発明は、このような事情に鑑み、手回しハンドルを取り付けて手動で作動させることができ、手回しハンドルがモータ駆動によって回転しない新規の構造を有する液圧ユニットを提供することを目的としている。

上記目的を達成する本発明に係る液圧ユニットは、ポンプと前記ポンプを駆動するモータとを有した液圧ユニットであって、前記モータの回転軸と一体に回転するウォームホイールと、前記ウォームホイールに噛み合うウォームと、前記ウォームを、前記ウォームホイールに噛み合う作動位置と前記ウォームホイールから離れる退避位置との配置の切替えが可能に支持する支持体と、を備え、前記ウォームにおける回転軸方向の一端に、手回しハンドルが着脱されるハンドル装着部が設けられ、前記支持体は、前記ウォームを軸支する軸受けユニットと、前記軸受けユニットを挟んで対向するように前記ポンプおよび前記モータに対して固定された一対の支持プレートとを備え、前記軸受けユニットは、前記一対の支持プレートの一方である第１の支持プレートに螺子止めされる第１の軸受けプレート、前記一対の支持プレートの他方である第２の支持プレートに螺子止めされる第２の軸受けプレート、前記第１の軸受けプレートと前記第２の軸受けプレートとに両端部が固定された連結プレート、および前記連結プレートの上面に取り付けられた取手を有する。

好ましくは、前記液圧ユニットは、前記ウォームの配置の切替えに応じて開閉する、前記ウォームが前記作動位置に配置された状態において前記モータへの通電を禁止するための機械式スイッチをさらに備える。

本発明によれば、手回しハンドルを取り付けて手動で作動させることができ、手動で作動させることができる状態においてモータ駆動による手回しハンドルの回転の生じない液圧ユニットが実現される。

本発明の実施形態に係る油圧ユニットの手回しハンドルを取り付けない状態の部分断面正面図である。 本発明の実施形態に係る油圧ユニットの手回しハンドルを取り付けた状態の部分断面上面図である。 手動駆動用のウォームギヤ機構の部分断面分解側面図である。 ウォームギヤ機構のウォームが退避位置に配置された状態および作動位置に配置された状態を示す部分断面側面図である。 油圧ユニットを有する油圧シリンダ装置の回路図である。

図１および図２に示される油圧ユニット１は、ポンプ２とポンプ２を駆動するモータ３とを有する電動式の液圧ユニットである。この油圧ユニット１は、ポンプ２を手動で駆動するためのウォームギヤ機構４を備えている。ポンプ２およびモータ３は支持ベース１０に固定された中空のブラケット１２を介して連結され、ウォームギヤ機構４はポンプ２とモータ３との連結位置に配置されている。ポンプ２を手動で駆動するとき、ウォームギヤ機構４には図２のように手回しハンドル６が取り付けられる。以下、ウォームギヤ機構４の構造を中心に油圧ユニット１の構成をさらに詳しく説明する。

図１によく示されるように、ブラケット１２は、モータ３の回転軸３２が貫通する開口部を有した第１の側板１２Ａ、ポンプ２のハウジングから突き出る回転軸２２が貫通する開口部を有した第２の側板１２Ｂ、および第１の側板１２Ａと第２の側板１２Ｂとで挟まれた径方向断面が略正方形の筒状体１２Ｃから構成される。筒状体１２Ｃの上面には、後述のウォームギヤを噛み合わせるための開口部が設けられている。第１の側板１２Ａにモータ３のハウジングが螺子止めされ、第２の側板１２Ｂにポンプ２のハウジングが螺子止めされる。そして、筒状体１２Ｃの内側において、モータ３の回転軸３２とポンプ２の回転軸２２とが割形のカップリング５によって同心に連結される。連結に際して平行キー２５，３５が嵌め込まれ、モータ３の回転軸３２と一体にポンプ２の回転軸２２が回転する。

さて、ウォームギヤ機構４は、モータ３の回転軸３２と一体に回転するウォームホイール４１と、ウォームホイール４１に噛み合うウォーム４２とを有する。これらウォームホイール４１とウォーム４２とが所定ギヤ比のウォームギヤを構成する。ここでいうウォーム４２は、斜歯部４２Ａと径大基部４２Ｂと支軸部４２Ｃとが一体化した構造体である。ウォームホイール４１は、上述のカップリング５に嵌入する形でモータ３の回転軸３２およびポンプ２の回転軸２２に対して間接的に取り付けられる。つまり、ウォームホイール４１の配置位置は固定である。これに対して、ウォーム４２は、ウォームホイール４１に噛み合う作動位置とウォームホイール４１から離れる退避位置との配置の切替えが可能に支持される。図１ではウォーム４２が退避位置に配置されている。

なお、以下では、油圧ユニット１の通常の使用状態の姿勢は図１のように回転軸２２，３２が水平方向に沿う姿勢であるものとする。すなわち、以下でいう上下左右とは、通常の使用状態での上下左右を意味するものとする。

図３にウォームギヤ機構４の構成がよく示されている。図３で描かれている断面は図１のＡＡ矢視断面に対応する。

図３のように、ウォームギヤ機構４は、配置位置が固定とされる下側部４Ａと、配置位置が上述の退避位置と作動位置とに切り替えられる上側部４Ｂとを有する。

ウォームギヤ機構４の下側部４Ａは、上下方向に沿う一対の支持プレート４４，４５、支持プレート４４，４５の対向間隙を規定するスペーサ４６，４７、および上述のウォームホイール４１から構成される。支持プレート４４，４５は上述のブラケット１２の筒状体１２Ｃを挟むように筒状体１２Ｃの側面にスペーサ４６，４７を介在させて例えば螺子止めによって固定される。一方の支持プレート４４は他方の支持プレート４５と比べて上下方向の寸法が長く、支持プレート４４は支持プレート４５の上端よりも高い位置まで延びている。支持プレート４４における上端部には上下に並べて二つの螺子穴４４１，４４２が設けられ、支持プレート４５における上端部には螺子９２を通す二つの穴４５１，４５２が上下に並べて設けられている。また、支持プレート４５における穴４５１，４５２の下側には、ウォーム４２の支軸部４２Ｃが貫通しかつ支軸部４２Ｃの上下移動を可能にする長穴４５０が設けられている。螺子穴４４１および穴４５１は上側部４Ｂを退避位置に固定する際に用いられ、螺子穴４４２および穴４５２は上側部４Ｂを作動位置に固定する際に用いられる。

ウォームギヤ機構４の上側部４Ｂは、ウォーム４２と、ウォーム４２を軸支する軸受けユニット４３とから構成される。軸受けユニット４３は、下側部４Ａの一方の支持プレート４４に螺子止めされる軸受けプレート４８、他方の支持プレート４５に螺子止めされる軸受けプレート４９、これら軸受けプレート４８と軸受けプレート４９とに両端部が固定された連結プレート５０、および連結プレート５０の上面に取り付けられた丸棒取手５５を有する。連結プレート５０の上面には丸棒取手５５の他に、後述のリミットスイッチを開閉させるドグ８８が螺子９８によって取り付けられている。

軸受けプレート４８と連結プレート５０とは、連結プレート５０の一端面と軸受けプレート４８の側面とが当接しかつ軸受けプレート４８が連結プレート５０の上面より上に突出するように配置され、軸受けプレート４８を貫通する図示しない螺子によって連結されている。軸受けプレート４８における連結プレート５０の上面より突出する部分に下側部４Ａの支持プレート４４との螺子止めのための螺子９１が貫通する穴４８１が設けられている。

これに対して、軸受けプレート４９と連結プレート５０とは、軸受けプレート４９の上端面と連結プレート５０の下面とが当接しかつ連結プレート５０が軸受けプレート４９の側面から突出しないように配置され、連結プレート５０を貫通する螺子９５によって連結されている。軸受けプレート４９の上端部には、下側部４Ａの支持プレート４５との螺子止めのための螺子９２と螺合する螺子穴４９１が設けられている。

上側部４Ｂにおいて、ウォーム４２は軸受けプレート４８，４９にそれぞれ嵌め込まれたボールベアリング５２ａ，５２ｂによって軸支されており、カラー５３ａ，５３ｂによってウォーム４２の軸方向位置が規制されている。そして、ウォーム４２の支軸部４２Ｃの一端が軸受けプレート４９から突出している。突出した支軸部４２Ｃの先端部分は、断面略正方形の角柱状に加工されており、手回しハンドル６が着脱されるハンドル装着部４２０となっている。

手回しハンドル６は、ハンドル装着部４２０に係合するボス６１、ボス６１から径方向に延びるアーム６３、アーム６３の先端に取り付けられた片持ち軸受け６４、および片持ち軸受け６４に軸支された握り６５を有する。ボス６１をハンドル装着部４２０に嵌め込み、螺子６２でボス６１をハンドル装着部４２０に螺子込むことによって、手回しハンドル６はウォームギヤ機構４に装着される。

図３では下側部４Ａと上側部４Ｂとが離れた状態で下側部４Ａの支持プレート４４，４５が筒状体１２Ｃに固定された様子が描かれているが、実際には、支軸部４２Ｃが支持プレート４５の長穴４５０を貫通する状態で支持プレート４４，４５が筒状体１２Ｃに固定される。

手回しハンドル６が装着され、作業者が手回しハンドル６を回すと、ウォーム４２全体が回転する。ウォーム４２の支軸部４２Ｃと径大基部４２Ｂとの間には平行キー７２が嵌め込まれているからである。通常、手回しハンドル６が装着されるときには上側部４Ｂが作動位置に配置されているので、ウォーム４２の回転に伴ってウォームホイール４１が回転し、それと一体にポンプ２の回転軸２２が回転する。ポンプ２が双方向ポンプである場合、作業者は所望のポンプ動作となるよう手回しハンドル６を右回りまたは左回りに回せばよい。

図４（Ａ）は、ウォームギヤ機構４のウォーム４２が退避位置に配置された状態を示している。モータ３によってポンプ２を駆動するときには、ウォーム４２は図示のように退避位置に配置される。この退避状態おいて、軸受けプレート４８を支持プレート４４に固定する螺子９１は、支持プレート４４の二つの螺子穴４４１，４４２のうちの上側の螺子穴４４１に螺子込まれている。また、軸受けプレート４９を支持プレート４５に固定する螺子９２は、支持プレート４４の二つの穴４５１，４５２のうちの上側の穴４５１を貫通して軸受けプレート４９の螺子穴４９１と螺合している。退避状態では、ウォームホイール４１とウォーム４２とが離れているので、モータ３によりポンプ２の回転軸２２が回転してもウォーム４２は回転しない。

図４（Ｂ）は、ウォームギヤ機構４のウォーム４２が作動位置に配置されかつ手回しハンドル６が装着された状態を示している。この作動状態は、停電時や油圧ユニット１を含む油圧システムのメンテナンス時など、手動でポンプ２を駆動するために上側部４Ｂの位置を退避状態の位置より下げた状態である。退避状態から作動状態への上側部４Ｂの位置変更作業は次の手順で行なわれる。

作業者は、モータ３に対して電源が遮断されている安全状態を確認した後、作業を始める。まず、螺子９１，９２による螺子止めを緩める。丸棒取手５５を持って上側部４Ｂの急激な落下を防ぎながら、螺子９１を少なくとも螺子穴４４１から抜き出し、螺子９２を螺子穴４４１および穴４５１から抜き出す。穴４８１と螺子穴４４２とが同心になるように、上側部４Ｂを支持プレート４４，４５に沿わせて下に移動させる。螺子９１を螺子穴４４２に螺子込み、螺子９２を穴４５２に通して螺子穴４９１に螺子込んで上側部４Ｂを固定する。二つの螺子９１，９２について緩めたり螺子込んだりする順序は任意である。手回しハンドル６の装着は上側部４Ｂを下げて固定した後に行うのが望ましいが、上側部４Ｂを下げる以前に装着することもできる。

なお、同様に螺子９１，９２による螺子止めの位置を変更すれば、作動状態を退避状態へ戻すことができる。

以上のとおり、本実施形態では、作動位置と退避位置との配置の切替えが可能にウォーム４２を支持する支持体４０は、図３で説明した軸受けユニット４３と一対の支持プレート４４，４５とで構成される。支持体４０によれば、螺子止めの位置を変更する簡単な作業を行うだけで、ウォームギヤ機構４の退避状態と作動状態との切り替えが可能である。軸受けプレート４８と支持プレート４４とが連結プレート５０の上面から突出してこれらの螺子止め位置が連結プレート５０より上に存在し、軸受けプレート４９と支持プレート４５との螺子止め位置が連結プレート５０より下に存在する。これにより、ウォーム４２の軸方向の両側のそれぞれの螺子止め作業を、軸方向の片側から螺子９１，９２に工具を当てて行うことができる。つまり、軸方向の両側に作業空間が無くてもよく、片側のみにウォーム４２の配置変更の作業空間および手回しハンドル６の回転に必要な空間が在る場所に油圧ユニット１を設置することができ、油圧ユニット１の設置の自由度が大きい。また、ウォームギヤ機構４はポンプ２とモータ３との間に配置されており、手回しハンドル６を装着しても油圧ユニット１の全長は装着する以前と変わらない。

本実施形態の油圧ユニット１では、ポンプ２の手動の駆動にウォームギヤ機構４を用いるので、万が一、ウォームホイール４１とウォーム４２とが噛み合った作動状態でモータ３に駆動力が発生したとしても、ウォームギヤの自止まり性によりウォーム４２の回転が抑制される。したがって、不意に手回しハンドル６が自動回転を始める事態は起こらない。さらに、本実施形態の油圧ユニット１は図１のようにリミットスイッチ８５を備えるので、モータ３への不意の通電を禁止するインターロック機能を実現することができる。

図１に戻って、機械的スイッチであるリミットスイッチ８５は、ブラケット１２に固定されたプレート８２に取り付けられている。図１で示される退避状態では、ウォームギヤ機構４の連結プレート５０の上面に螺子止めされているドグ８８がリミットスイッチ８５から離れている。上述したようにウォーム４２が作動位置に配置されるとき、連結プレート５０の位置が退避状態の位置から下がるので、ドグ８８も下がってリミットスイッチ８５の可動バーを押し下げる。可動バーを押し下げられている状態においてモータ３への通電を禁止するようにモータ３の制御系を構成しておけば、ポンプ２の手動による駆動の作業性をより高めることができる。

以上の構成の油圧ユニット１は、例えば図５に示される油圧シリンダ装置１００に組み込んで使用することができる。図５において、油圧シリンダ装置１００は、複動型の油圧シリンダ１６１、油圧シリンダ１６１に対して油圧を供給する油圧ユニット１、タンク１５９、および切り替え弁装置１０８などからなる。油圧ユニット１のポンプ２は、正逆の両方向に回転して吐出可能な双方向ポンプであり、油圧シリンダ６１の往動側のポートＰＴ１および復動側のポートＰＴ２に対して油圧を給排する２つの給排ポートＰＡ，ＰＢを備える。サーボ制御されるモータ３は、ポンプ２を正方向および逆方向のいずれかに選択的に回転駆動させ、ポンプ２からはその回転方向に応じて給排ポートＰＡ，ＰＢのいずれかに圧力が発生する。油圧シリンダ１６１のピストンロッド１６４の中心に設けられた穴には測長センサ１６５が挿通され、ピストン１６３のストローク位置に応じた測長センサ１６５からの信号によりストローク位置が検出される。タンク１５９は、油圧シリンダ１６１のシリンダ室の有効面積の相違による圧油の過不足、回路の温度などによる容積変化分、および漏れによるロス分などを補う圧油を収容する。切り替え弁装置１０８は、ボディ内に二つの弁体が収納されており、一方の弁体が弁座に当接してタンク１５９への流路を閉じた場合に、その弁体が導通バーを押すことによって他方の弁体が開状態になるように構成されている。

以上の実施形態の液圧ユニット１によれば、ポンプ２が双方向ポンプであるので、方向制御弁が不要であって構成を簡素化することができ、手回しハンドル６を正逆に回転させることによってアクチュエータ等を正逆に直接に作動させることができる。

上述の実施形態において、ウォームホイール４１をモータ３の回転軸３２またはポンプ２の回転軸２２に直接に取り付けることができる。その他、油圧ユニット１の全体または各部の構成、形状、寸法、および材質などは、本発明の趣旨に沿って上述した以外の種々のものとすることができる。

１ 油圧ユニット（液圧ユニット）
２ ポンプ
３ モータ
４１ ウォームホイール
４２ ウォーム
４２Ｃ 支軸部
４２０ ハンドル装着部
４０ 支持体
６ 手回しハンドル
８５ リミットスイッチ（機械式スイッチ）
２２ ポンプの回転軸
３２ モータの回転軸
５ カップリング
４３ 軸受けユニット
４４ 支持プレート（第１の支持プレート）
４５ 支持プレート（第２の支持プレート）
４８ 軸受けプレート（第１の軸受けプレート）
４９ 軸受けプレート（第２の軸受けプレート）
５０ 連結プレート
５５ 丸棒取手（取手）
４８１ 穴
４９１ 螺子穴
４４１，４４２ 螺子穴
４５１，４５２ 穴

Claims (7)

1. ポンプと前記ポンプを駆動するモータとを有した液圧ユニットであって、
   前記モータの回転軸と一体に回転するウォームホイールと、
   前記ウォームホイールに噛み合うウォームと、
   前記ウォームを、前記ウォームホイールに噛み合う作動位置と前記ウォームホイールから離れる退避位置との配置の切替えが可能に支持する支持体と、を備え
   前記ウォームにおける回転軸方向の一端に、手回しハンドルが着脱されるハンドル装着部が設けられ、
   前記支持体は、前記ウォームを軸支する軸受けユニットと、前記軸受けユニットを挟んで対向するように前記ポンプおよび前記モータに対して固定された一対の支持プレートとを備え、
   前記軸受けユニットは、前記一対の支持プレートの一方である第１の支持プレートに螺子止めされる第１の軸受けプレート、前記一対の支持プレートの他方である第２の支持プレートに螺子止めされる第２の軸受けプレート、前記第１の軸受けプレートと前記第２の軸受けプレートとに両端部が固定された連結プレート、および前記連結プレートの上面に取り付けられた取手を有する、
   ことを特徴とする液圧ユニット。
2. 前記ウォームの配置の切替えに応じて開閉する、前記ウォームが前記作動位置に配置された状態において前記モータへの通電を禁止するための機械式スイッチをさらに備える
   請求項１記載の液圧ユニット。
3. 前記ウォームホイールは、前記モータと前記ポンプとの間に配置されている
   請求項２記載の液圧ユニット。
4. 前記ウォームホイールは、前記モータの回転軸と前記ポンプの回転軸とを連結するカップリングに組み付けられている
   請求項３記載の液圧ユニット。
5. 当該液圧ユニットの通常の設置状態において、前記作動位置および前記退避位置は前記ウォームホイールに対する上側の位置であり、前記ウォームホイールの回転軸は水平方向に沿う
   請求項１ないし４のいずれかに記載の液圧ユニット。
6. 前記第１の軸受けプレートは前記連結プレートの上面より上に突出し、当該第１の軸受けプレートにおける前記連結プレートの上面より突出する部分に前記第１の支持プレートへの螺子止めのための螺子が貫通する穴が設けられ、
   前記第２の軸受けプレートの上端面に前記連結プレートが固定され、当該第２の軸受けプレートの上端部に前記第２の支持プレートへの螺子止めのための螺子と螺合する螺子穴が設けられており、
   前記第１の支持プレートの上端部に、前記第１の軸受けプレートに設けられた前記穴を貫通した前記螺子とそれぞれ螺合する二つの螺子穴が上下に並べて設けられ、
   前記第２の支持プレートの上端部に、前記第２の軸受けプレートに設けられた前記螺子穴に螺合する前記螺子がそれぞれ貫通する二つの穴が上下に並べて設けられている
   請求項１ないし５のいずれかに記載の液圧ユニット。
7. 前記ポンプは双方向ポンプである
   請求項１ないし６のいずれかに記載の液圧ユニット。

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