JP6731918B2 - ドライブインドライブのバルブ装置付き回転流体圧力装置 - Google Patents

ドライブインドライブのバルブ装置付き回転流体圧力装置 Download PDF

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Description

関連出願の相互参照
この出願は、2015年11月16日にPCT国際特許出願として出願され、2014年11月17日に出願された米国特許出願第62/080,986号の利益を主張し、その開示はその内容全体を参考として本明細書に組み込まれる。
ジェロータモータは通常、入口及び出口ポートを画定するハウジングと、伸縮する容積室を画定するジェロータギアセットを含む。モータはさらに、ポートとジェロータギアセットの容積室との間で流体連通を提供するバルブ装置を含む。ある場合には、ジェロータギアセットは、内歯リング部材の周りを回転及び周回する外歯星形部材を含む。
あるジェロータモータでは、ジェロータモータは主駆動軸及びバルブ駆動軸を含む、2つの部分から成るバルブ駆動と、出力軸に対向して、ジェロータ機構の後ろに配置されたバルブ装置を有する。この構成では、米国特許第4,992,034号に開示されている通り、主駆動軸は周回及び回転する星形部材から回転する出力軸へトルクを伝達するのに使用され、バルブ装置は、バルブ装置及び星形部材の両方とスプライン係合しているバルブ駆動軸による星形部材の回転速度で駆動され得る。
そのような2つの部分から成るバルブ駆動を用いるジェロータモータでは、星形部材が回転及び周回するとき、星形部材によって画定されるスプラインの軸方向長さの一部は、バルブ駆動軸を回転及び周回させるよう駆動するのに必要となる。そのため、星形部材と駆動バルブ軸の間のスプライン接続に、星形部材のスプラインのかなりの部分が取られる。
本開示は一般に、低速度で高トルクのジェロータモータのような回転流体圧力装置に関する。1つの可能な構成では、及び、非限定的な実施例によって、回転流体圧力装置は、主駆動軸に部分的に挿入され、その主駆動軸に係合されるバルブ駆動軸を含み、そのバルブ駆動軸は、バルブ装置のリフトオフを防止するよう駆動リテーナによって保持される。様々な態様が本開示で説明されており、以下の態様を含むが、これらに限定されない。
ある態様では、回転流体圧力装置は、ハウジングアセンブリ、容積移送式装置、バルブ機構、主駆動軸、及びバルブ駆動軸を含む。ハウジングアセンブリは、出力軸ハウジング及びバルブハウジングセクションを含むことができる。出力軸ハウジングは、出力軸を回転可能に支持するよう構成され、バルブハウジングセクションは流体入口及び流体出口を画定する。容積移送式装置は、ハウジングアセンブリに関連付けられ、リング部材及び星形部材を含む。星形部材は、相対的周回及び回転運動ができるよう、リング部材内で偏心して配置され、その周回及び回転運動によって伸縮する流体容積室を画定する。バルブ機構はバルブハウジングセクションに回転可能に配置されたバルブスプールを含むことができ、ハウジングアセンブリと協働して、流体入口と膨張する流体容積室との間、及び縮小する流体容積室と流体出口との間で流体連通を提供する。主駆動軸は前方端及び後方端を有する。主駆動軸は、前方端で出力軸と係合し、後方端で星形部材と係合し、出力軸とリング部材の間でトルクを伝達するよう構成される。
主駆動軸及びバルブ駆動軸に係合する星形部材の軸方向の長さを短くするため、主駆動軸は後方端に、バルブ駆動軸を受けるための中空部を有してもよい。バルブ駆動軸は前方端及び後方端を有しており、バルブ駆動軸がバルブ駆動軸の後方端でバルブスプールに係合して、主駆動軸とバルブスプールとの間でトルクを伝達する一方、バルブ駆動軸は少なくとも部分的に主駆動軸の中空部内で受けられ、バルブ駆動軸の前方端において中空部内で主駆動軸に係合している。ある実施例では、主駆動軸とバルブ駆動軸との間の係合は容積移送式装置と概ね整列している。
バルブ機構のリフトオフを防止するため、回転流体圧力装置は、主駆動軸と星形部材の係合、及びバルブ駆動軸と主駆動軸の係合を保持するよう構成された駆動リテーナを含み得る。ある実施例では、星形部材が容積移送式装置のリング部材周りを回転及び周回するとき、駆動リテーナを星形部材の軸方向端面と接触するよう配置し、構成してもよい。
本教示の上記特徴及び利点並びに他の特徴と利点は、添付の図面と関連づけるとき、本教示を実施するための最良の態様の、以下の詳細な説明から容易に明らかになる。
図1は、本開示の原理にしたがった、例示的な低速度、高トルクのジェロータモータ100の斜視図である。 図2は、図1のジェロータモータ100の横断面図である。 図3は、図1のジェロータモータを後方から見た分解図である。 図4は、図1のジェロータモータを前方から見た分解図である。
様々な実施例が図面を参照して詳細に説明されるが、同様な参照番号は幾つかの図面にわたり同様の部品及び組立体を表している。
図1を参照すると、例示的な低速度、高トルクの ジェロータ油圧モータ100 が本開示の原理にしたがって与えられている。本明細書では、油圧モータ100は、回転流体圧力装置とも称される。油圧モータ100は、軸サポートケーシング102、ウェアプレート104、ジェロータ移送機構106、ポートプレート108、バルブハウジングセクション110を含み得る。軸サポートケーシング102は、モータ100を所定位置に取り付けるよう構成された取付フランジ112を含む。軸サポートケーシング102、ウェアプレート104、ジェロータ移送機構106、ポートプレート108、及びバルブハウジングセクション110は、締結孔115を貫通するよう構成された複数の締結具114によって共に固定され得る(図3)。
図2を参照すると、油圧モータ100は、軸サポートケーシング102内に配置され、その中で1つ又は複数のベアリング要素118及び120によって回転可能に支持されている出力軸116を含む。ベアリング要素118の後端に隣接して配置されているのは、出力軸116及びベアリング要素118及び120を軸サポートケーシング102内で所定の位置に保持するよう構成されたウェアプレート104である。
ウェアプレート104は、ジェロータ移送機構106(例、そのリング部材126及び星形部材128)の近接する端面に係合するよう構成された軸方向端面122を画定する。いくつかの例では、環状シーリング部材(例、Oリング)124が、ウェアプレート104の係合している端面と軸サポートケーシング102の間に配置されている。
ジェロータ移送機構106は、回転式の容積移送式装置になり得、内歯リング部材126及び外歯星形部材128を含む。いくつかの例では、リング部材126は、内歯として機能する複数のローラ130を含む。星形部材128は、リング部材126内に偏心して配置され、リング部材126よりも歯が1つ少なくてもよい。いくつかの例では、星形部材128は、リング部材126に対して周回及び回転し、この周回及び回転する動きにより、複数の、伸縮する流体容積室132を画定する。リング部材が固定され、星形部材が周回及び回転すると説明されているが、リング部材又は星形部材のどちらかが、開示の原理にしたがって、周回及び回転の動きのどちらか、又は両方を有することができることが、当業者によって明白に理解されるべきである。さらに、本開示は、流体移送機構としてのジェロータに必ずしも限定されないことが明らかである。例示的ジェロータ移送機構104はさらに、米国特許第4,533,302号及び第4,992,034号に記載されており、その両方がこの参照により内容全体に取り込まれる。
図3及び4を参照すると、ポートプレート108は、複数の流体通路136を画定し、その流体通路136はそれぞれ、近接する容積室132と連続的に流体連通するように配置されている。図示例では、リング部材126が7つの内歯を有し、したがって7つの流体容積室132を画定しているため、ポートプレート108は7つの流体通路136を含む。
図2に図示される通り、環状シーリング部材(例、Oリング)133は、ウェアプレート104の対向する軸方向端面とジェロータ移送機構106の間に配置されている。別の環状シーリング部材(例、Oリング)135も、ジェロータ移送機構106の対向する軸方向端面とポートプレート108の間に配置されている。
図2に戻ると、バルブハウジングセクション110は、バルブスプール140を回転可能に支持するよう構成されている。バルブハウジングセクション110は、バルブスプール140を囲む環状室144と連通している流体入口ポート142(図1も参照)を含む。バルブハウジングセクション110はさらに、バルブハウジングセクション110及びバルブスプール140の間に配置された中央室148と流体連通している流体出口ポート146(図1も参照)を含む。バルブハウジングセクション110はまた、戻り圧力でケースドレン流体をポート142又は146のどちらにでも流すようプラグ接続されたケースドレンポート150(図3)を含む。バルブスプール140は、複数の第1バルブ通路152及び複数の第2バルブ通路154を画定する。第1及び第2バルブ通路152及び154は、バルブスプール140周りに交互に配置されている。第1バルブ通路152は、環状室144と連続的に流体連通しており、第2バルブ通路154は、中央室148と連続的に流体連通している。図示例では、6つの第1バルブ通路152と6つの第2バルブ通路154があり、星形部材128の6つの外歯と対応している。バルブスプール140はまた、1つ又は複数の、角度を有するドレン通路156を画定し得る。
バルブスプール140は、バルブスプール140をポートプレート108の隣接面164と封止係合した状態に維持するよう、ポートプレート108に向かって付勢されてもよく、それによって流体室144及び148の間のクロスポート漏れを防ぐ。いくつかの例では、バルブスプール140をポートプレート108に向かって付勢させるよう、バルブ着座機構160が用いられている。バルブ着座機構160は、バルブハウジングセクション110によって画定される環状溝162内に着座している。バルブ着座機構160は、ドレン通路156と流体連通することができる。バルブ着座機構160の一例は、米国特許第3,572,983号及び第4,533,302号に開示されており、その両方がこの参照により内容全体に取り込まれる。
再び図2を参照すると、油圧モータ100は、主駆動軸170とバルブ駆動軸172を含む。出力軸116は、直線状の内側スプライン174の一式を含み、その一式は、主駆動軸170の前方スプライン176の一式と係合するよう構成されている。主駆動軸170の前方スプライン176は、主駆動軸170の前方端175上に形成される冠状の外側スプラインとなり得る。主駆動軸170の後方端177に形成されているのは、主駆動軸170の後方スプライン178の一式である。後方スプライン178は、星形部材128の内周面上に形成される、直線状の内側スプライン180の一式と係合するよう構成された冠状の外側スプラインになり得る。図示例では、リング部材126は7つの内歯を含み、星形部材128は6つの外歯を含む。したがって、星形部材128の6つが周回すると、その回転が1回完了することになり、そして主駆動軸170及び出力軸116の回転が1回完了することになる。
図2及び3を参照すると、バルブ駆動軸172は、主駆動軸170とバルブ駆動軸172との間のインターフェースがジェロータ移送機構106と概ね整列するよう、少なくとも部分的に主駆動軸170内で受けられ、主駆動軸170と係合する。
いくつかの例では、主駆動軸170は後方端177に中空部184を含み、中空部184の内周面上に形成された内側スプライン186の一式を有する。主駆動軸170の内側スプライン186は、直線状のスプラインでもよい。主駆動軸170の中空部184は、バルブ駆動軸172の前方端192の少なくとも一部を受けるよう構成され、後方端177にある主駆動軸170の内側スプライン186は、バルブ駆動軸172の前方端192周りに形成された前方外側スプライン196の一式に係合する。いくつかの例では、バルブ駆動軸172の前方スプライン196は冠状スプラインでもよい。バルブ駆動軸172は、後方外側スプライン198の一式をその後方端194に有し、その後方外側スプライン198の一式は、バルブスプール140の内周部に周りに形成された内側スプライン200の一式に係合するよう構成されている。いくつかの例では、バルブ駆動軸172の後方スプライン198は冠状の外側スプラインでもよく、バルブスプール140の内側スプライン200は直線状のスプラインでもよい。
図示されたように、主駆動軸170の内側スプライン186とバルブ駆動軸172の外側スプライン196との間の係合は、対向する平面P1とP2の間に配置されており、その対向する平面P1とP2は、ジェロータ移送機構106の軸方向端面206及び208(図3及び4も参照)によってそれぞれ画定されている。例えば、第1平面P1はジェロータ移送機構106の軸方向端面206によって画定され、第2平面P2はジェロータ移送機構106の軸方向端面208によって画定される。いくつかの例では、主駆動軸170の内側スプライン186とバルブ駆動軸172の外側スプライン196との間のインターフェースは、主駆動軸170の外側スプライン178と星形部材128の内側スプライン180との間のインターフェースに概ね整列している。
したがって、バルブ駆動軸172の外側スプライン196を主駆動軸170の中空部184内に入れ子にする構成により、ジェロータ移送機構106の星形部材128の内側スプライン180の軸方向長さをより短くすることが求められ、したがって、星形部材128のスプライン180の使用効率が最大限となる。ある事例では、星形部材128の内側スプライン180のより短い軸方向長さが求められるとき、主駆動軸170のスプライン186とバルブ駆動軸172のスプライン196の長さを最大にすることができる。要求されるスプライン長さが短くなるため、本開示の設計により、改良した起動トルク効率のための小型移送モータ上に高偏心度が与えられる。さらに、本構成により、回転Aの軸に沿った、より幅の小さいジェロータ移送機構106の使用が可能となる。本開示にしたがった設計はまた、主駆動軸170とバルブ駆動軸172の両方の動作角度を小さくするので、それによって油圧モータ100の寿命が長くなる。本設計は、ケース流(例、漏洩スロット)の必要性も低減させることができ、したがって、容量効率が上がる。
再び図2から4を参照すると、油圧モータ100は、ポートプレート108から離れて、バルブスプール140がリフトオフするのを防止する駆動リテーナ220を含む。本開示では、リフトオフは静止しているポートプレート108からバルブスプール140が軸方向に離間することとして定義することができる。リフトオフは、主駆動軸170及びバルブ駆動軸172が回転及び周回し、ジェロータ移送機構106と協働するにつれ、主駆動軸170及び/又はバルブ駆動軸172がバルブスプール140に向かって軸方向にスライドするときに起こり得る。リフトオフは、実質的なクロスポート漏洩やモータ100の停止を引き起こし得る。
いくつかの例では、駆動リテーナ220は、ポートプレート108上に形成された凹部222内に挿入され、着座され得る。駆動リテーナ220は、星形部材128がジェロータ移送機構106のリング部材126周りを回転及び周回するとき、星形部材128の軸方向端面に隣接して配置される。いくつかの例では、駆動リテーナ220は、星形部材128の回転及び周回中、星形部材128の軸方向端面に接触するよう配置され、構成される。
ポートプレート108を製造するための既存の鋳物及び/又は素材を利用できるようにポートプレート108を改造するよう、駆動リテーナ220が構成され得、それによってコストの増加を抑え、駆動リテーナ220の実装が早められる。他の例では、ポートプレート108は、駆動リテーナ220を所定の位置に取り付けるよう特別に設計される。
図示されているように、駆動リテーナ220は、バルブ駆動軸172が所定の位置に取り付けられるとき、バルブ駆動軸172のステム226(図3)が通過するように構成された開口部224を含む。星形部材128、主駆動軸170、及びバルブ駆動軸172が共にジェロータ移送機構106のリング部材126を周回するとき、駆動リテーナ220の開口部224は、主駆動軸170の中空部186内でバルブ駆動軸192の前方端192を保持するよう構成される。いくつかの例では、駆動リテーナ220の開口部224の中心が、回転Aの軸に整列している。
いくつかの例では、駆動リテーナ220の開口部224は、直径D(図3)を有する孔として設計されている。取付中にバルブ駆動軸172が駆動リテーナ220の開口部224を貫通するよう、直径Dは前方端192においてバルブ駆動軸172の最大径より大きくなるよう構成される。開口部224はまた、バルブ駆動軸172がジェロータ移送機構106のリング部材128周りを回転及び周回するとき、前方端192においてバルブ駆動軸172(例、その外側スプライン196)によって画定される最大の、最も外側のトレースより小さくなるよう構成される。本構成は、主駆動軸170の中空部186から、したがってジェロータ移送機構106から、バルブ駆動軸172が係合解除する又は滑り出るのを防ぐ。バルブ駆動軸172の、最大の、最も外側の周回トレースは、バルブ駆動軸172が傾き、回転Aの軸から逸脱してジェロータ移送機構106のリング部材126周りを周回するとき、前方端192においてバルブ駆動軸172の外側スプライン196によって画定される。
いくつかの例では、主駆動軸170が回転及び周回運動中にジェロータ移送機構106から滑り出すことをも防げるよう、開口部224は後方端177において主駆動軸170の最大径より小さい直径を有する。別の例では、開口部224は、主駆動軸170がジェロータ移送機構106のリング部材128周りを周回するとき、後方端177において主駆動軸170(例、その外側スプライン178)によって画定される最大トレースより小さい直径を有する。
したがって、駆動リテーナ220は、ポートプレート108といった、別のバルブ部品からバルブスプール140がリフトオフするのを防止するよう構成されている。リフトオフは、通常であれば容積効率を低減させ、フリーホイーリングを引き起こすであろう。
本明細書では、軸サポートケーシング102及びウェアプレート104は、1ユニットとし、出力軸ハウジングと称することができる。いくつかの例では、軸サポートケーシング102及びウェアプレート104は、一体の部分として構成することができる。出力軸ハウジング(軸サポートケーシング102及びウェアプレート104を含む)及びバルブハウジングセクション110は、1ユニットとして考慮し、ここではハウジングアセンブリとして称することができる。さらに、バルブスプール140は、バルブ機構とすることができる。いくつかの例では、バルブ機構はさらに、ポートプレート108を含むことができる。
上述の様々な実施例及び教示は、単に例示のために提供され、本開示の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。当業者は、本明細書に図示及び記載される例示的実施例及び用途に従うことなく、また、本開示の真の精神及び範囲から逸脱することなく、行うことができる様々な修正及び変更を容易に認識するであろう。

Claims (15)

  1. 出力軸ハウジングとバルブハウジングセクションとを含むハウジングアセンブリであって、前記出力軸ハウジングは出力軸を回転可能に支持するよう構成され、前記バルブハウジングセクションは流体入口と流体出口を画定するハウジングアセンブリと、
    前記ハウジングアセンブリに関連付けられ、リング部材と星形部材を含む容積移送式装置であって、前記星形部材が、回転軸に対する相対的周回及び回転運動のため、前記リング部材内で偏心して配置され、前記周回及び回転運動によって膨張及び縮小する流体容積室を画定する容積移送式装置と、
    バルブスプールを含むバルブ機構であって、前記バルブスプールが前記バルブハウジングセクションに回転可能に配置され、前記ハウジングアセンブリと協働して、前記流体入口と前記膨張する流体容積室との間、及び前記縮小する流体容積室と前記流体出口との間で、流体連通を提供するバルブ機構と、
    その前方端と後方端との間に軸部が延び、軸方向に沿って前記後方端から該後方端の反対側の中空閉鎖端まで延びる中空部を含む主駆動軸であって、前記前方端で前記出力軸に係合し、前記後方端で前記星形部材に係合し、前記出力軸と前記リング部材との間でトルクを伝達する主駆動軸と、
    前方端と後方端を有するバルブ駆動軸であって、前記バルブ駆動軸が、少なくとも部分的に前記主駆動軸の前記中空部内で受けられ、前記バルブ駆動軸の前記前方端において前記中空部内で前記主駆動軸に係合し、前記バルブ駆動軸が前記バルブ駆動軸の前記後方端で前記バルブスプールに係合し、前記主駆動軸と前記バルブスプールとの間でトルクを伝達するバルブ駆動軸と、を備える回転流体圧力装置。
  2. 前記主駆動軸と前記バルブ駆動軸との間の前記係合が、前記容積移送式装置に概ね整列している、請求項1に記載の回転流体圧力装置。
  3. 前記主駆動軸との、その前記中空部内での前記バルブ駆動軸の前記係合が、前記容積移送式装置の軸方向端面によってそれぞれ画定される、対向する面の間に配置されている、請求項2に記載の回転流体圧力装置。
  4. 前記バルブ駆動軸が前記バルブ駆動軸の前記前方端に外向きに形成される前方スプラインを有し、前記主駆動軸の前記中空部が前記バルブ駆動軸の前記前方スプラインに係合するよう構成された内側スプラインを有する、請求項1〜3のいずれかに記載の回転流体圧力装置。
  5. 前記主駆動軸がその前記後方端で外向きに形成される後方スプラインを有し、前記星形部材がその内周面上に形成される内側スプラインを有し、前記主駆動軸の前記後方スプラインに係合するよう構成される、請求項4に記載の回転流体圧力装置。
  6. 前記主駆動軸の前記中空部の前記内側スプラインと前記バルブ駆動軸の前記前方スプラインとの間の前記係合が、前記主駆動軸の前記後方スプラインと前記星形部材の前記内側スプラインとの間の前記係合に概ね整列している、請求項5に記載の回転流体圧力装置。
  7. 前記主駆動軸が前記主駆動軸の前記前方端に外向きに形成された前方スプラインを有し、前記出力軸が前記主駆動軸の前記前方スプラインに係合するよう構成された内側スプラインを有する、請求項1〜6のいずれかに記載の回転流体圧力装置。
  8. 前記バルブ駆動軸が、その前記後方端に外向きに形成された後方スプラインを有し、前記バルブスプールがその内周に対して形成された内側スプラインを有し、前記バルブ駆動軸の前記後方スプラインに係合するよう構成された、請求項1〜7のいずれかに記載の回転流体圧力装置。
  9. 前記バルブ駆動軸の前記前方スプラインが冠状スプラインであり、前記中空部の前記内側スプラインが直線状スプラインである、請求項4〜6のいずれかに記載の回転流体圧力装置。
  10. 前記主駆動軸の前記後方スプラインが冠状スプラインであり、前記星形部材の前記内側スプラインが直線状スプラインである、請求項5又は6に記載の回転流体圧力装置。
  11. 前記星形部材との前記主駆動軸の前記係合及び前記主駆動軸と前記バルブ駆動軸との前記係合を保持し、前記バルブスプールのリフトオフを防止するよう構成された駆動リテーナをさらに備える、請求項1〜10のいずれかに記載の回転流体圧力装置。
  12. 前記星形部材が前記容積移送式装置の前記リング部材周りを回転及び周回するとき、前記駆動リテーナが前記星形部材の軸方向端面に接触するよう配置され、構成される、請求項11に記載の回転流体圧力装置。
  13. 前記バルブ駆動軸が所定の位置に取り付けられるとき、前記駆動リテーナが、前記バルブ駆動軸のステムが貫通するよう構成された開口部を含む、請求項11又は12に記載の回転流体圧力装置。
  14. 前記星形部材、前記主駆動軸、及び前記バルブ駆動軸が共に前記容積移送式装置の前記リング部材に対して周回するとき、前記駆動リテーナの前記開口部が、前記主駆動軸の前記中空部内で前記バルブ駆動軸の前記前方端を保持するよう構成される、請求項13に記載の回転流体圧力装置。
  15. 前記駆動リテーナの前記開口部が直径を有する孔として構成され、取付中は前記バルブ駆動軸が前記孔を貫通するよう、前記孔の前記直径が前記前方端における前記バルブ駆動軸の最大直径よりも大きく、前記バルブ駆動軸が前記容積移送式装置の前記リング部材周りを回転及び周回するときは、前記孔の前記直径が前記前方端で前記バルブ駆動軸によって画定される、最大の、最も外側のトレースよりも小さい、請求項13又は14に記載の回転流体圧力装置。
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