JP6469557B2 - 油圧作動装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転部品を回転させることにより油圧を発生させる油圧ポンプと、この油圧ポンプが発生した油圧により動作する工具と、を有する工具ユニットと、油圧ポンプの回転部品を回転駆動するモータを有し、工具ユニットに対して着脱自在な駆動ユニットと、を備えた油圧作動装置に関する。

従来から、レスキューの用途に可搬型の油圧作動装置を利用することが行われており、その一例が特許文献１（特開２０１０−２８００１１号）に記載されている。特許文献１に記載された油圧作動装置は、バッテリーと、このバッテリーから給電される電動モータと、この電動モータにより駆動される油圧ポンプとを有する油圧発生ユニットと、この油圧発生ユニットが発生する油圧により駆動される先端工具を備えた上記油圧発生ユニットに着脱可能なヘッドユニットとから構成されている。ヘッドユニットに設けられる先端工具として、カッター、スプレッダーなどのさまざまな種類のものが用意されており、ヘッドユニットを交換することにより多種多様な作業に対応することができる。また、油圧発生ユニットとヘッドユニットとを分離可能とすることにより、可搬性を向上させ、現場での作業員の負担を軽減することができる。上記構成を採用する場合には、油圧発生ユニットとヘッドユニットとの間に油圧継手が設けられる。

可搬型の油圧作動装置を、電動モータを有する駆動ユニットと、駆動ユニットに対して着脱自在でありかつ駆動ユニットの電動モータにより回転駆動される油圧ポンプおよび当該油圧ポンプが発生した油圧により動作する先端工具とを有するヘッドユニット（工具ユニット）とから構成することも考えられる。この場合には、駆動ユニットとヘッドユニットとの間に、駆動側回転軸から従動側回転軸にトルクを伝達する着脱自在のトルク伝達継手を設ける必要がある。

レスキュー用途を考慮すると、トルク伝達継手の結合および分離を迅速に行う必要がある。かみあい式（キー／キー溝式、ドッグクラッチ式等）のトルク伝達継手は、結合時に駆動側回転軸と従動側回転軸との回転位相合わせをしなければならず、結合作業に時間がかかる。トルク伝達継手として磁気継手を用いた場合には、分離操作が面倒になることや、構造が複雑化してコスト高になる。

特開２０１０−２８００１１号

本発明は、工具ユニットの回転軸と駆動ユニットの回転軸とを容易に結合および分離することができ、かつ、低コストで実現可能なトルク伝達継手を備えた油圧作動装置を提供することを目的としている。

本発明の一実施形態によれば、回転部品を回転させることにより油圧を発生させる油圧ポンプと、前記油圧ポンプが発生した油圧により動作する工具と、を有する工具ユニットと、前記油圧ポンプの回転部品を回転駆動するモータを有し、前記工具ユニットに対して着脱自在な駆動ユニットと、を備え、前記駆動ユニットが、前記回転モータによって回転させられる回転軸を有し、前記工具ユニットの前記油圧ポンプが、前記回転部品に連結された回転軸を有し、前記駆動ユニットおよび前記油圧ポンプのうちのいずれか一方の回転軸の軸端に、他方の回転軸を受け入れることができるワンウエイクラッチが設けられ、前記ワンウエイクラッチは、前記他方の回転軸が前記ワンウエイクラッチ内に受け入れられたときに、前記他方の回転軸と直接接触するばね付勢されたローラー、ボールまたはスプラグを有している油圧作動装置が提供される。

上記本発明の実施形態によれば、ワンウエイクラッチ内に、駆動ユニットまたは油圧ポンプの回転軸を差し込み、駆動ユニットの回転軸を所定方向に回転させる（トルクを与える）ことにより、ワンウエイクラッチがロック状態となり、駆動ユニットの回転軸と油圧ポンプの回転軸との間にトルク伝達結合が成立する。すなわち、非常に簡単な操作で、トルク伝達結合を確立することができる。また、駆動ユニットの回転軸の回転を停止させれば（トルクを抜けば）直ちにトルク伝達結合が解除され、駆動ユニットの回転軸を容易に引き抜くことができる。

油圧作動装置の全体構成を示す概略部分断面図。 油圧作動装置のトルク伝達継手構造を示す断面図であり、継手の結合状態を示す図。 油圧作動装置のトルク伝達継手構造を示す断面図であり、継手の分離状態を示す図。 油圧ポンプと工具を含む油圧回路図。 ワンウエイクラッチについて説明する断面図。

以下に添付図面を参照して、発明の実施の形態について説明する。

図１に示すように、油圧作動式のレスキュー器具（油圧作動装置）は、油圧ポンプ１２０と油圧ポンプが発生した油圧により動作する工具１４０とを一体化して構成された工具ユニット１００と、油圧ポンプ１２０を駆動する回転モータである電動モータ２０１を内蔵した駆動ユニット２００とから構成されている。駆動ユニット２００は、工具ユニット１００に対して着脱自在である。

図１に示す油圧作動装置は、工具ユニット１００の工具１４０の一対の押棒１４１を互いに離間させるように動作させることにより、人を救出するスペースを作り出したり、重量物を持ち上げたり、邪魔な物体を破壊する等の作業を行う等の使用態様を意図して設計されている。

最も基本的な油圧作動装置の使用態様は、まず、一人の作業者が、工具ユニット１００を駆動ユニット２００から分離した状態で、拡張したい隙間Ｇの中に工具ユニット１００を配置する。このとき、必要に応じて、図１に概略的に示した保持ハンドル１０１を用いることができる。この状態で、もう一人の別の作業者が、駆動ユニット２００の回転軸を工具ユニット１００の回転軸に結合して、駆動ユニット２００を動作させる。本実施形態に係る油圧作動装置には、上記の２つの回転軸間のトルク伝達結合および結合解除（分離）を容易に行うことができるトルク伝達継手構造が設けられている。

まず、工具ユニット１００について説明する。図２に示すように、油圧ポンプ１２０は、当該油圧ポンプのケーシングを成すブロック体１２１を有する。ブロック体１２１に形成された孔の中に、ベアリング１２２を介して回転軸１２３が回転可能に支持されている。回転軸１２３は、その回転軸線１２４に対して偏芯した偏芯部１２５を有している。この偏芯部１２５には、ベアリング１２６（本例ではニードルローラベアリング）が取り付けられている。

ブロック体１２１にはまた、ピストン１２７を収容する空洞が形成されている。ピストン１２７は、バネ１２８により、ベアリング１２６の外レース１２６ａに向けて常時押し付けられている。従って、回転軸１２３の回転に伴い、偏芯回転運動するベアリング１２６の外レース１２６ａがカムとして作用し、ピストン１２７が上下運動する。これにより、油圧ポンプ１２０の大きな油室１２９Ａまたは小さな油室１２９Ｂから工具１４０に向けて圧油が送られ、工具１４０が作動する。

図１に示すように、工具１４０は、シリンダ１４２と、シリンダ１４２内に設けられた前記一対の押棒１４１とを有している。各押棒１４１には、それと一体のピストン部分１４１ａが設けられている。シリンダ１４２内において一対の押棒１４１のピストン部分１４１ａの間に第１油室１４３が形成され、また、各ピストン部分１４１ａの第１油室１４３と反対側に第２油室１４４が形成されている。第１油室１４３に圧油を供給することにより、２つの押棒１４１が図中左右方向に互いに離間するように移動し、２つの第２油室１４４に圧油を供給することにより、２つの押棒１４１が互いに接近するように移動する。

シリンダ１４２の周囲には、後述する油圧回路におけるタンクとしての役割を果たす油貯め１４５が設けられている。例えば、シリンダ１４２と、シリンダ１４２の周囲を覆うゴム製の筒状体との間の空間を油貯め１４５とすることができる。

次に、工具１４０に油圧ポンプ１２０から圧油を供給する油圧回路について図４を参照して説明する。図４の油圧回路図においてポンプを示す２つのシンボルマークが、油圧ポンプ１２０の大きな油室１２９Ａおよび小さな油室１２９Ｂのポンプ機能を示している。

図４に示す油圧回路図において符号１３２は回転式の方向切替弁である。この方向切替弁１３２は、図１に示すブロック体１２１上のダイヤル（回転つまみ）１０２の付近に内蔵され、ダイヤル１０２を回転させることにより操作することができる。図４に示す油圧回路図の図面上において、図示されている中立位置から方向切替弁１３２を図４右方にシフトさせると、シリンダ１４２内の第１油室１４３に圧油を供給することができ、方向切替弁１３２を左方にシフトさせると、第２油室１４４に圧油を供給することができる。

符号１３０Ａは低圧用のリリーフ弁、１３０Ｂは高圧用のリリーフ弁である。符号１３３ａ, １３３ｂ, １３３ｃ, １３３ｄ, １３３eは逆止弁である。

図４の油圧回路図から明らかなように、油室１２９Ａ（１２９Ｂ）内の圧力が高まる前の段階では、大流量を実現することができる大きな油室１２９Ａと、小さな油室１２９Ｂとから吐出される圧油によりシリンダ１４２内の油室１４２（１４３）が充填され、また、油室１２９Ａ（１２９Ｂ）内の圧力がある程度高まった後の段階では、高圧を実現することができる小さな油室１２９Ａから吐出される圧油によりシリンダ１４２内の油室１４２（１４３）が充填される。

図１に示すように、駆動ユニット２００には、リチウムイオン電池またはニッケル水素電池等の二次電池からなるバッテリー２０２等の直流電源が着脱自在に取り付けられている。トリガ２０３を引くことにより、電気スイッチ２０４が閉状態になり、バッテリー２０２から前述したモータ２０１に給電され、これによりモータ２０１を回転させることができる。

図２および図３に示すように、モータ２０１の回転軸２０５はその先端部に円筒形の差込部２０６を有する。差込部２０６の先端部には差込（挿入）を円滑に行うためにテーパー２０７が設けられている。一方、油圧ポンプ１２０の回転軸１２３の先端部には孔が形成されており、この孔の中にワンウエイクラッチ１３４が取り付けられている。

ここで用いられているワンウエイクラッチ１３４の構成それ自体は周知のものである。すなわち、ワンウエイクラッチ１３４は、図５に示すように、複数のニードル（ニードルローラー）１３５と、回転軸２０５の差込部２０６がこのワンウエイクラッチ１３４内に挿入されていないときにニードル１３５を脱落しないように保持する保持器（リテーナ）１３６と、各ニードル１３５に対応するカム面１３８がその内周側に設けられた外レース１３７と、各ニードル１３５が回転軸２０５の差込部２０６と接触した状態を維持するように付勢するばね１３９とを備えている。

外レース１３７は、油圧ポンプ１２０の回転軸１２３の先端の孔に圧入され、外レース１３７と回転軸１２３とは相対回転不能である。外レース１３７と回転軸１２３とを圧入以外の手法により相対回転不能にしてもよい。

モータ２０１の回転軸２０５の差込部２０６の外径は、差込部２０６がワンウエイクラッチ１３４内に差し込まれていないときにワンウエイクラッチ１３４の中心軸線から最も近くに位置する各ニードル１３５の周面上のポイントＰを通る円の直径よりわずかに大きいことが好ましい。ワンウエイクラッチ１３４に差込部２０６を差し込もうとすると、ニードル１３５がばね１３９の力に逆らい図５の時計回り方向に変位するので、差込部２０６をワンウエイクラッチ１３４内に差し込むことができる。

図５において、電動モータ２０１により回転軸２０５の差込部２０６を反時計方向に回転させると、ニードル１３５がロック位置（図５に示す位置よりも反時計方向に変位した位置）に移動し、これにより回転軸２０５とワンウエイクラッチ１３４の外レース１３７との間の相対回転が不可能となり（ロック状態）、モータ２０１の回転軸２０５の回転はニードル１３５および外レース１３７を介して油圧ポンプ１２０の回転軸１２３にそのまま伝達される。これにより油圧ポンプ１２０が動作し、工具１４０が方向切替弁１３２の位置に応じた動作をする。

図５において、回転軸２０５の差込部２０６を反時計方向に回転させようとするトルクを電動モータ２０１が発生しなくなれば、ワンウエイクラッチ１３４のロック状態が解除されるとともに、差込部２０６を容易に引き抜くことができるようになる。

油圧作動装置には、差込部２０６がワンウエイクラッチ１３４内に受け入れられた状態を維持するために、工具ユニット１００と駆動ユニット２００とを回転軸１２３，２０５の軸線方向に関して固定するロック機構が設けられている。以下にこのロック機構について説明する。

駆動ユニット２００には、回転軸２０５の周りに回転軸２０５から間隔を空けて設けられた第１リング部材２１０が設けられている。第１リング部材２１０の周りに第２リング部材２１２が設けられている。さらに、第２リング部材２１２の周りに第３リング部材２１４が設けられている。第２リング部材２１２は、駆動ユニット２００のケーシングに対して不動に固定されている。

第１リング部材２１０は、第２リング部材２１２内を回転軸２０５の回転軸線方向にスライド可能である。第１リング部材２１０は、ばね２１１により図２中左方向に付勢されている。但し、第１リング部材２１０の図２（図３）中左方向の変位は第２リング部材２１２に設けられたストッパ２１３により制限されている。

第３リング部材２１４は、第２リング部材２１２上を回転軸２０５の回転軸線方向にスライド可能である。第３リング部材２１４は、ばね２１５により図２中左方向に付勢されている。但し、第３リング部材２１４の図２中左方向の変位は第２リング部材２１２に設けられたストッパ２１６により制限されている。第２リング部材２１２に円周方向に間隔を空けて複数の孔（図２、図３では１つだけが見える）が形成されており、各孔の中には長円形断面を有するピン２１７が収容されている。

図３に示した工具ユニット１００と駆動ユニット２００とを分離した状態から、差込部２０６をワンウエイクラッチ１３４内に差し込んでゆくと、工具ユニット１００のブロック体１２１と一体に結合された押込部１２１ａにより、第１リング部材２１０が図中右方向に押し込まれる。ピン２１７が、押込部１２１ａの表面に形成された窪み１２１ｂと一致すると、ピン２１７が窪み１２１ｂに押し込まれる。このピン２１７を押し込む力は、ばね２１５により図中左側に付勢されている第３リング部材２１４の図中左端部にある傾斜面２１８がピン２１７を押すことにより生じる。なお、傾斜面２１８はピン２１７を窪み１２１ｂに押し込んだ後にピン２１７を乗り越え、ストッパ２１６に衝突する。駆動ユニット２００の工具ユニット１００に対する連結操作が終了した後の状態が図２に示されている。

図２に示す連結状態から図３に示す分離状態に移行させるには、第３リング部材２１４のフランジ２１９を持って、第３リング部材２１４をばね２１５に逆らって図３に示すように図中右側に移動させる。すると、ピン２１７が窪み１２１ｂから抜け出すことができる状態になる。これに伴い、第１リング部材２１０がばね２１１の力により工具ユニット１００のブロック体１２１の押込部１２１ａを第２リング部材２１２の中から図中左方向に押し出す。これに伴い、窪み１２１ｂの内表面である傾斜面がピン２１７を外側に押し出す。これにより差込部２０６がワンウエイクラッチ１３４から抜けだし、図３の分離状態となる。なお、図３は、作業者がフランジ２１９を図中右側に移動させようとする力を加えているときの状態を示していることに注意されたい。

上記実施形態によれば、以下の有利な効果が得られる。

モータ２０１の回転軸２０５の差込部２０６がいかなる回転位相となっていても、そのままワンウエイクラッチ１３４内に差し込むことができる。通常、回転軸同士の動力伝達可能な連結は、キー／キー溝等の両回転軸の相対回転を禁止する構造を介して行わなければならないため、両回転軸の回転位相を一致させる作業が必要であるだが、上記実施形態ではワンウエイクラッチ１３４を用いることにより回転位相合わせの作業が不必要となっている。このため、工具ユニット１００に対する駆動ユニット２００の連結作業を劇的に簡略化することができる。工具ユニット１００が重い場合には、工具ユニット１００を駆動ユニット２００から分離して単独で作業対象に対してセットすることができるということは作業性の観点から特に有利なことである。

なお、上記の実施形態に用いることができるワンウエイクラッチ（１３４）は、下記の条件、すなわち、
［条件１］ワンウエイクラッチ（１３４）は、ニードル（１３５）が差込部（２０６）の外周面に直接接触するタイプ（すなわち差込部２０６の外周面に直接接触する内レースを有しないタイプ）であること、
［条件２］ニードル（１３５）がばね（１３９）により付勢されていて、差込部（２０６）をワンウエイクラッチ（１３４）に挿入していったときにニードル（１３５）が差込部（２０６）の挿入を妨害しないように逃げてくれて、かつ、ばね（１３９）の弾性力により、ニードル（１３５）が逃げたときにもニードル（１３５）と差込部（２０６）の外周面との接触が失われないこと
を満たしている。

なお、上記条件１に関して、ワンウエイクラッチが差込部２０６と接触する内レースを有しているとしたならば、差込部２０６と内レースとの間に駆動力伝達結合を形成するために、キー／キー溝結合、かみ合い結合等を形成しなければならず、この場合、差込部２０６と回転軸１２３との回転位相合わせを行う必要がある。

ワンウエイクラッチは、ニードル（ローラー）に代えてボールを用いたものであってもよい。また、ここでは、ポンプ駆動のための回転方向と逆方向に回転軸１２３を滑らかに転動（空転）させる必要はないため、スプラグを用いたワンウエイクラッチを使用することもできる。このようなワンウエイクラッチも、上記の条件１、２（この場合、ニードルは、ボール若しくはスプラグと読み替える）を満たしている。

ワンウエイクラッチ１３４を油圧ポンプ１２０の回転軸１２３の軸端に設けることに代えて、モータ２０１の回転軸２０５の軸端に設けてもよい。この場合、モータ２０１の回転軸２０５の先端部にワンウエイクラッチ１３４を取り付けるための孔が形成され、油圧ポンプ１２０の回転軸１２３の先端部にはワンウエイクラッチ１３４内に挿入される差込部が設けられる。

工具ユニット１００に内蔵するポンプは図示されたものに限定されない。ワンウエイクラッチを使用するためポンプの逆転は不可能ではあるものの、ポンプの或る構成部品を回転駆動することにより圧油を送り出すように構成された任意の形式のポンプを工具ユニット１００に組み込むことが可能である。

１００ 工具ユニット
１２０ 油圧ポンプ
１２３ 油圧ポンプの回転軸
１２３，１２６ 回転部品
１４０ 工具
１３４ ワンウエイクラッチ
１３５ ローラー（ニードルローラー）
１３９ ばね
２００ 駆動ユニット
２０１ 回転モータ（電動モータ）
２０５（２０６） 駆動ユニットの回転軸

Claims (3)

1. 回転部品を回転させることにより油圧を発生させる油圧ポンプと、前記油圧ポンプが発生した油圧により動作する工具と、を有する工具ユニットと、
   前記油圧ポンプの回転部品を回転駆動するモータを有し、前記工具ユニットに対して着脱自在な駆動ユニットと、を備え、
   前記駆動ユニットが、前記回転モータによって回転させられる回転軸を有し、
   前記工具ユニットの前記油圧ポンプが、前記回転部品に連結された回転軸を有し、
   前記駆動ユニットおよび前記油圧ポンプのうちのいずれか一方の回転軸の軸端に、他方の回転軸を受け入れることができるワンウエイクラッチが設けられ、
   前記ワンウエイクラッチは、前記他方の回転軸が前記ワンウエイクラッチ内に受け入れられたときに、前記他方の回転軸と直接接触するばね付勢されたローラー、ボールまたはスプラグを有していることを特徴とする油圧作動装置。
2. 前記油圧ポンプの回転軸の軸端に前記ワンウエイクラッチが設けられている、請求項１記載の油圧作動装置。
3. 前記駆動ユニットおよび前記油圧ポンプのうちのいずれか一方の回転軸の軸端に他方の回転軸が受け入れている状態を維持するために、前記工具ユニットと前記駆動ユニットとを前記回転軸の軸線方向に固定するロック機構をさらに備えた、請求項１または２記載の油圧作動装置。

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