JP5288184B2 - 回転式流体圧装置およびそれに用いる改良されたパーキングロックアセンブリ - Google Patents

Description

本出願は、クロカワミチオ、ナカザワショウジ、サクライヒサトシの名において２００６年１月２０日に出願された米国仮出願第６０／７６１，０２１号（発明の名称：「回転式流体圧装置およびそれに用いる改善されたパーキングロックアセンブリ」）の優先権を主張する出願である。
そして、本発明は、回転式流体圧装置、より詳細には、前記装置に用いるパーキングロックに関する。

低速高トルク型ジェロータモーターを備える多くの自動車では、モーターはある種のパーキングブレーキまたはパーキングロックを有することが望ましい。「ロック」という用語は、パーキングロックは自動車が止められた後にのみ係合することを意図していることから望ましい。言い換えれば、そのようなパーキングロック装置は、自動車が動いている間に作動して自動車を停止させるダイナミックブレーキを意図していない。

長年、当業者はモーター出力シャフトに単にブレーキパッケージを加えるのではなく、ジェロータモーターへのブレーキおよびロック装置の組み込みを試みてきた。前記装置の例は、米国特許第３，６１６，８８２号および４，９８１，４２３号に説明されている。米国特許第３，６１６，８８２号の装置において、ブレーキ要素はジェロータスターの前端部に隣接して配置され、前記スターと摩擦接触するよう流体圧力により付勢される。前記配置は、クリアランス等の変化など、ある程度の性能の予測不能性を伴う。また、前記配置は、モーターの磨耗板および前ベアリングハウジングの実質的な再設計を必要とする。米国特許第４，９８１，４２３号の装置には、「ばね力付加・圧力放出」型のマルチディスクブレーキアセンブリがある。米国特許第４，９８１，４２３号の配置は、前ベアリングハウジングのほぼ全面的な再設計を必要とし、ベアリングハウジングがさらに大型化する。さらに、ディスクパックは出力シャフトとスプライン接続している。そのため、モーターの全出力トルクを抑制または保持することが可能でなければならず、これはディスク、スプリング、および付加・放出ピストンの全てを比較的大型化する必要がある。

ブレーキおよびロック装置のジェロータモーターへの組み込みの別の例は、本発明の出願人に譲渡されており、参考として本明細書にとり入れられる米国特許第６，０６２，８３５号に記載されている。米国特許第６，０６２，８３５号の装置では、ロックピストンが、ジェロータギアセットに直接隣接したエンドキャップアセンブリの内部チャンバー内に配置されている。スプリングは、油圧が装置に供給されていない場合に、ロックピストンがジェロータギアセットと係合するように付勢する。油圧が装置に供給される場合、この油圧がロックピストンに作用してピストンをジェロータギアセットから解放する。米国特許第６，０６２，８３５号の装置は小型で多くの油圧装置において円滑に機能する。しかし、パーキングブレーキまたはパーキングロックの特性を必要としつつ、ジェロータモーターのサイズがさらに制限される、小型掘削機の製造業者を含むがそれに限定されない、現存の油圧装置の製造業者もいる。

発明の概要

本発明は、ハウジングメンバおよびハウジングメンバとジェロータ変位メンバ間で流体連通させるバルブメンバを含む回転式流体圧装置を提供する。中央開口部は、ハウジングメンバ、バルブメンバ、およびその組み合わせからなる群より選択されるメンバにより形成される。第１の位置および第２の位置間を移動可能なリリースピストンメンバは、中央開口部内に位置する。エンドキャップは、ジェロータ変位機構に隣接して配置され、ピストンキャビティを形成する。第１の位置および第２の位置間を移動可能なロックピストンメンバは、ピストンキャビティ内に位置する。ドライブシャフトは、リリースピストンメンバとロックピストンメンバの間に位置する。ドライブシャフトには、内部にピンメンバを有する軸のボアが形成される。ピンメンバには、リリースピストンメンバに連動する第１軸端部およびロックピストンメンバに連動する第２軸端部が形成される。

添付の図面は本発明をより理解するために提供され、本明細書に取り入れられ、本明細書の一部を構成する。図面は本発明の実施の形態を説明し、明細書と共に本発明の要旨をさらに説明する。
本発明はポンプとして利用されるジェロータ型装置に含まれるが、詳細には、低速高トルクジェロータモータに利用され、それに関連して説明する。

発明を限定することを意図しない図面を参照して説明する。図１は、本発明のパーキングロック機構が特に有利な、回転式流体圧装置の軸断面図を示す。概して１１で示される回転式流体圧装置は、ハウジングメンバ１３、バルブハウジング１５、取付プレート１７、バルブプレート１９、概して２１で示されるジェロータ変位機構、およびエンドキャップ２３を含む。バルブハウジング１５は、回転式流体圧装置１１を油圧装置に強固に取付ける複数の取付穴１６を定義するフランジ１５ａを含む。また、取付プレート１７は、回転式流体圧装置１１を油圧装置の回転要素（ハンドル、スプロケットなど）に取付ける複数の取付穴１８が設けられるフランジ１７ａを含む。エンドキャップ２３、ジェロータ変位機構２１、バルブプレート１９、および取付プレート１７は共に、取付プレート１７にねじ留めで係合した複数のボルト２５により密封結合される。エンドキャップ２３、ジェロータ変位機構２１、およびバルブプレート１９は、バルブプレート１９にねじ留めで係合した複数のボルト２７によりさらに密封結合される。ハウジングメンバ１３およびバルブハウジング１５は、バルブハウジング１５にねじ留めで係合した複数のボルト２９により密封結合される。ハウジングメンバ１３とバルブハウジング１５との気密な嵌着の結果、添付の請求項で用いられる用語「ハウジングメンバ」は、ハウジングメンバ１３およびバルブハウジング１５のそれぞれまたは組み合わせたものを意味する。バルブハウジング１５と取付プレート１７とは、概して３１で示されるベアリングアセンブリにより係合される。ベアリングアセンブリ３１は内輪３３および外輪３５を含む。ベアリングアセンブリ３１の内輪３３はバルブハウジング１５に圧入されており、ベアリングアセンブリ３１の外輪３５は取付プレート１７に圧入されている。ベアリングアセンブリ３１の内輪３３とバルブハウジング１５の係合は保持メンバ３７により保持される。ベアリングアセンブリ３１の外輪３５と取付プレート１７との係合は保持メンバ３９により保持される。

図１および図２を参照して説明する。ジェロータ変位機構２１は周知であるので、ここでは簡単に説明する。より詳細には、主とする形態において、ジェロータ変位機構２１は内歯アセンブリ４１を含むＧｅｒｏｌｅｒ（登録商標）変位機構である。内歯アセンブリ４１は、複数の概して半円筒形開口部４５を形成するリングメンバ４３を含む。当業者に周知の円筒形メンバ４７が各半円筒形開口部４５内に回転可能に配置される。内歯アセンブリ４１内には、典型的には円筒形メンバ４７の数よりひとつ少ない数の外歯を有する回転式静止外歯ローターメンバ４９が偏心して配置されている。これにより外歯ローターメンバ４９は内歯アセンブリ４１に対して軌道運動し、内歯アセンブリ４１は外歯ローターメンバ４９に対して回転する。内歯アセンブリ４１と外歯ローターメンバ４９との間の相対的な軌道かつ回転運動は、複数の拡張および収縮流体容積チャンバー５１を形成する。外歯ローターメンバ４９は、該ローターメンバ４９の内径に形成された一組の内部スプライン５３を有する。ローターメンバ４９の内部スプライン５３は、メインドライブシャフト５７上の一組の外部クラウンスプライン５５に係合される。メインドライブシャフト５７上の反対端には、別の外部クラウンスプライン５９が配置され、静止バルブメンバ６３内の一組の内部スプライン６１に係合される。

再度図１を参照して説明する。ハウジングメンバ１３には、流路６７に流体連通する流体ポート６５が形成される。バルブハウジング１５は、ハウジングメンバ１３内の流路６７と開放状態で流体連通する流路６９を定義する。バルブハウジング１５内に締りばめ状態で嵌着して配置されているのは、静止バルブメンバ６３である。静止バルブメンバ６３はバルブハウジング１５内の流路６９と開放状態で流体連通する環状溝７１を定義する。さらに、静止バルブメンバ６３は環状溝７１と開放状態で流体連通する複数の流路７３を定義する。説明目的の主とする形態において、環状溝７１と開放状態で流体連通する流路７３は６本あり、流路７３は、環状溝７５と開放状態で流体連通する６本の流路（図示せず）を有する静止バルブメンバ６３内に交互に配置される。

図１および図３を参照して説明する。概して７７で示されるバルブリングアセンブリは、静止バルブメンバ６３に隣接して配置される。バルブリングアセンブリ７７は、バルブリング７９、複数のバルブピストン８１および複数のスプリング８３を含む。バルブリング７９には複数のバルブキャビティ８５が形成される。複数のバルブピストン８１は、それぞれバルブキャビティ８５に配置される。各バルブピストン８１には静止バルブメンバ６３内の隣接する流路と開放状態で流体連通する流路８７とが形成される。複数のスプリング８３も、バルブリング７９とバルブピストン８１との間の各バルブキャビティ８５内に配置される。各スプリング８３は、対応するバルブピストン８１を静止バルブメンバ６３中に付勢してバルブピストン８１と静止バルブメンバ６３の間を密封結合させる。さらに、バルブリング７９には、バルブプレート１９中の複数のバルブ通路９１と流体連通する複数の流路８９が形成される。各バルブ通路９１は、複数の拡張または収縮流体容積チャンバー５１のひとつと開放状態で流体連通する。

図３を参照して説明する。バルブリング７９にはさらに複数の拘束孔９３が形成され、各拘束孔９３は第１の軸端部９７および第２の軸端部９９を含むピンメンバ９５に連動する。第２の軸端部９９は静止バルブメンバ６３に形成される複数の拘束孔１０１内に位置する。ピンメンバ９５は、バルブリング７９の拘束孔９３内および静止バルブメンバ６３の拘束孔１０１内に配置され、静止バルブメンバ６３に対してバルブリング７９が回転するのを抑止する。

図１、図２、および図３を参照して説明する。ハウジングメンバ１３内の流体ポート６５を通して回転式流体圧装置１１に進入する加圧流体は、流路６７を流れ、バルブハウジング１５内の流路６９へ進入する。次に、加圧流体は環状溝７１を流れ、静止バルブメンバ６３の流路７３へ進入する。加圧流体はバルブピストン８１内の流路８７を通してバルブキャビティ８５に進入する。バルブキャビティ８５から、加圧流体は、バルブリング７９中の流路８９を流れ、流路８９との流体連通を整流するバルブプレート１９内のバルブ通路９１に進入する。次に、加圧流体は、バルブプレート１９内の隣接するバルブ通路９１を通してジェロータ変位機構２１中の拡張式流体容積チャンバー５１に進入する。当業者に周知のように、上述した液流は、外歯ローターメンバ４９の軌道運動および内歯アセンブリ４１の回転運動につながる。

排出流体は、静止バルブメンバ６３内の収縮流体容積チャンバー５１から環状溝７５へ前述した通路と同様の通路に沿って流れ、ハウジングメンバ１３内の流体ポート１０２から排出される（図１には示さないが図４に概略的に示す）。

図１、図２、および図３で紹介された要素に準拠した図４を参照して、パーキングロック機構を説明する。エンドキャップ２３には、主とする形態において概して円筒形のピストンキャビティ１０３が形成される。図はエンドキャップ内のピストンキャビティ１０３を示すが、当業者は、ピストンキャビティ１０３がジェロータ変位機構２１に隣接するプレートメンバ（図示せず）に形成され得ることを理解するであろう。そこで、添付の請求の範囲で用いられる用語「エンドキャップ」がジェロータ変位機構２１に隣接するプレートメンバも含むと理解される。エンドキャップ２３のピストンキャビティ１０３内に配置されるのは、主とする形態において概して円筒形であるロックピストン１０５である。ロックピストン１０５は、前部１０７および後部１０９を含む。主とする形態において、ロックピストン１０５の前部１０７の直径はロックピストン１０５の後部１０９の直径よりも大きい。しかし、本発明の範囲が後部１０９より大きい直径を有する前部１０７に限定されないことを、当業者には理解されたい。ロックピストン１０５の前部１０７の直径は、エンドキャップ２３のピストンキャビティ１０３の直径よりも僅かに小さい。このロックピストン１０５とピストンキャビティ１０３間の直径に関するクリアランスにより、ロックピストン１０５はピストンキャビティ１０３に対して軸方向に移動する。主とする形態において、ロックピストン１０５には、さらにロックピストン１０５の周囲の液圧を実質的に均等に保持する少なくとも１つの孔１１１が形成される。しかしながら、本発明の範囲が孔１１１を含むロックピストン１０５に限定されないことを、当業者は理解されたい。スプリングキャビティ１１３内のロックピストン１０５の後方に配置されるのは、スプリング１１５である。主とする形態において、複数のボルト１１９によりエンドキャップ２３と密封結合したカバープレート１１７がある。カバープレート１１７には、ロックピストン１０５と共にスプリングキャビティ１１３が形成される。しかしながら、当業者は、スプリングキャビティ１１３がエンドキャップ２３内に配置することが可能であることも理解すべきである。

外歯ローターメンバ４９には、エンドキャップ２３に隣接するローターメンバ４９の軸端部の中央開口部１２１が形成される。ローターメンバ４９の中央開口部１２１内に配置されるのは、ロックカラー１２３である。ロックカラー１１５の内径は、ロックピストン１０５の前部１０７の直径よりも僅かに大きい。

さらに図４を参照して説明する。主とする形態による静止バルブメンバ６３には、内部にリリースピストンリング１２７を有する中央開口部（第２中央開口部）１２５が形成される。第２中央開口部１２５は、主とする形態において静止バルブメンバ６３内に示されるが、当業者は、第２中央開口部１２５はハウジングメンバ１３内（前述の通り）、または、ハウジングメンバ１３に隣接するプレートメンバ（図示せず）に配置可能であることも認識するであろう。当業者には、添付の請求の範囲で用いる用語「ハウジングメンバ」がプレートメンバ（図示せず）を意味することを理解されたい。リリースピストンリング１２７は、前部１２９および後部１３１を含む。リリースピストンリング１２７の前部１２９には、リリースピストンキャビティ１３３が形成される。リリースピストンリング１２７の後部１３１にはボア１３５が形成され、その直径はリリースピストンキャビティ１３３の直径よりも小さい。リリースピストンリング１２７のリリースピストンキャビティ１３３と摺動可能に係合して配置されているのは、リリースピストン１３７である。主とする形態において、このリリースピストン１３７とリリースピストンキャビティ１３３間の直径に関するクリアランスは、リリースピストン１３７をリリースピストンリング１２７に対して軸方向へ運動させつつ、リリースピストンの周囲の液漏れを抑止または減少させるのに十分小さい。リリースピストン１３７周囲の液漏れが、リリースピストン１３７およびリリースピストンキャビティ１３３の間にＯリングまたは往復動シールなどのシーリングメンバ（図示せず）の利用によっても抑止または減少させることができることを理解されたい。

ロックピストン１０５とリリースピストン１３７の間に配置されるのは、メインドライブシャフト５７である。メインドライブシャフト５７には、メインドライブシャフト５７の全軸長に沿って伸びるピンボア１３９が形成される。第１の軸端部１４３および第２の軸端部１４５を含むブレーキピン１４１は、メインドライブシャフト５７のピンボア１３９に摺動可能に係合して配置される。ブレーキピン１４１の軸長は、メインドライブシャフト５７の軸長よりも長い。ブレーキピン１４１の第１の軸端部１４３は、リリースピストンリング１２７の後部１３１のボア１３５を通過して延伸し、リリースピストン１３７に連動する。ブレーキピン１４１の第２の軸端部１４５は、ロックピストン１０５に連動する。

引き続き図４を参照して説明する。リリースピストンキャビティ１３３が、後により詳しく説明する方法で、流路１４７を通過してハウジングメンバ１３からの加圧流体に曝される場合、リリースピストン１３７はリリースピストンリング１２７の後部１３１へ移動する（以下、添付の請求の範囲にて「第１の位置」と称す）。リリースピストン１３７がリリースピストンリング１２７の後部１３１に向けて移動する一方、リリースピストン１３７はブレーキピン１４１の第１の軸端部１４３に係合する。ハウジングメンバ１３からの加圧流体によりリリースピストン１３７へ付与された力は、ブレーキピン１４１をメインドライブシャフト５７のピンボア１３９中をロックピストン１０５に向けて摺動させ、ブレーキピン１３９の第２の軸端部１４５をロックピストン１０５に係合させる。リリースピストン１３７に付与する力がスプリングキャビティ１１３内に配置されたスプリング１１５によりロックピストン１０５に付与された力より大きい場合、ロックピストン１０５がロックカラー１２３から離れ、カバープレート１１７内をスプリングキャビティ１０３に向けて軸方向へ移動する。それにより、ローターメンバ４９を内歯アセンブリ４１に対して軌道させ、内歯アセンブリ４１をローターメンバ４９に対して回転させる。図４に示すとおり、ロックピストン１０５のこの位置は、以下添付の請求の範囲において「第１の位置」と称す。

図５を参照して説明する。ハウジングメンバ１３の流路１４７内の加圧流体が排出あるいは減圧される場合、スプリングキャビティ１１３中のスプリング１１５は、ロックピストン１０５を付勢してローターメンバ４９の背面と摺動可能に係合させる。ローターメンバ４９が十分に軌道して、ローターメンバ４９の中央開口部１２１がエンドキャップ２３のキャビティ１０３に対して同軸になった後（ローター４９の軌道毎に起きる）、スプリング１１５は、ロックピストン１０５を付勢してローターメンバ４９の中央開口部１２１のロックピストンカラー１２３に係合させる（図５に示す）。これにより、内歯アセンブリ４１および外歯ローターメンバ４９の相対回転および軌道が制止する。図５に示すように、このロックピストン１０５の位置は、以下添付の請求の範囲において「第２の位置」と称す。ロックピストン１０５が移動してロックピストンカラー１２１に係合するのに伴い、ロックピストン１０５はブレーキピン１４１の第２の軸端部１４５に係合する。スプリング１１５によりロックピストン１０５に付与された力は、ブレーキピン１４１を介して伝達され、ブレーキピン１４１の第１の軸端部１４３のリリースピストン１３７との係合によりリリースピストン１３７に作用する。スプリング力がブレーキピン１４１を介してリリースピストン１３７に作用して、ハウジングメンバ１３の流路１４７内の加圧流体が放出されることにより、リリースピストン１３７がリリースピストンリング１２７の前部１２９へ移動する（以下添付の請求の範囲において「第２の位置」と称す）。

図６を参照して説明する。加圧流体がハウジングメンバ１３の流路１４７へ供給される方法を説明するため、ハウジングメンバ１３を概略的に示す。説明目的のであるが、主とする形態において、加圧流体は、概して１４９と示される３−位置・５−方向バルブアセンブリを通して流路１４７へ供給される。この種のバルブの操作は当業者に周知であるため、概要を越える詳細な説明はここでは省く。

図７を参照して説明する。加圧流体がハウジングメンバ１３の流路１４７へ供給される方法を説明するため、ハウジングメンバ１３の別の態様を概略的に示す。図６に示す別の態様において、加圧流体は、概して１５１と示されるシャトルバルブアセンブリを通して流路１４７へ供給される。当業者に周知である通り、シャトルバルブアセンブリ１５１は、流体ポート６５または１０２からの加圧流体を、流体ポート６５および流体ポート１０２間の直接的な流体連通を制止しつつ流路１４７へ流通させる。

図６に示す３−位置・５−方向バルブアセンブリ１４９および図７に示すシャトルバルブアセンブリ１５１に加え、ハウジングメンバ１３の別の態様は、油圧装置の他の場所に位置する加圧流体源（チャージポンプ等）からの加圧流体を、ハウジングメンバ１３内の流体ポート（図示せず）を介して流路１４７へ直接供給することができる。

本発明を、明細書中で詳細に説明してきたが、本発明の様々な変更および改良が、本明細書を読み理解することにより、当業者に明らかとなると考えられる。そのような変更および改良は全て、添付の請求の範囲内において本発明に含むものとする。

図１は本発明を具体化する回転式流体圧装置の軸断面図を示し、異なる面から取った部分断面を含む。 図２は、図１に２−２で示す実施形態のジェロータ変位機構の横断面図を示す。 図３は、主とする形態のバルブリングアセンブリの拡大部分軸断面図を示す。 図４は、第１の位置にある本発明のパーキングロック機構を示す、図１と同様の回転式流体圧装置の拡大部分軸断面図を示す。 図５は、第２の位置にある本発明のパーキングロック機構を示す、図１と同様の回転式流体圧装置の拡大部分軸断面図を示す。 図６は、本発明により製造されたハウジングメンバの油圧概略図を示す。 図７は、本発明により製造されたハウジングメンバの別の態様による油圧概略図を示す。

Claims (11)

1. ハウジングメンバと、
   前記ハウジングメンバに流体連通するバルブメンバと、
   前記バルブメンバに流体連通するジェロータ変位機構と、を含む回転式流体圧装置であって、
   前記ジェロータ変位機構は、リングメンバと、該リングメンバ内に配置されかつ中央開口部を形成して前記リングメンバ内を軌道運動するロータメンバと、を含んでおり、
   さらに、前記ハウジングメンバ、前記バルブメンバ、およびその組み合わせからなる群より選択されるメンバによって形成される第２中央開口部と、
   前記ジェロータ変位機構に隣接して配置されてピストンキャビティを形成するエンドキャップと、
   前記第２中央開口部に配置されて第１の位置および第２の位置間を移動可能なリリースピストンと、
   前記ピストンキャビティに配置されて非係合位置および係合位置間を移動可能であり、前記ロータメンバの前記中央開口部に係合して前記ロータメンバが軌道運動しないようにするロックピストンと、
   前記リリースピストンおよび前記ロックピストン間に配置されて軸ボアを形成するドライブシャフトと、
   前記ドライブシャフトの軸ボア内に配置されて第１の軸端部および第２の軸端部が形成されるブレーキピンと、を含み、
   前記第１の軸端部は前記リリースピストンに連動し、前記第２の軸端部は前記ロックピストンに連動することを特徴とする回転式流体圧装置。
2. さらに、前記ジェロータ変位機構の中央開口部に配置されるロックカラーを含むことを特徴とする請求項１に記載の回転式流体圧装置。
3. 前記エンドキャップアセンブリ中の前記ピストンキャビティが円筒形であることを特徴とする請求項１に記載の回転式流体圧装置。
4. 前記ピストンキャビティが、前記ジェロータ変位機構の軌道運動の少なくとも一時点で前記ジェロータ変位機構の中央開口部と一直線上にあることを特徴とする請求項１に記載の回転式流体圧装置。
5. さらに、前記ピストンキャビティ内に配置されるスプリングを含み、前記ロックピストンに連動することを特徴とする請求項１に記載の回転式流体圧装置。
6. さらに、前記第２中央開口部に配置されるリリースピストンリングを含むことを特徴とする請求項１に記載の回転式流体圧装置。
7. 前記ロックピストンに少なくとも１つの孔が形成されることを特徴とする請求項１に記載の回転式流体圧装置。
8. さらに、流体圧源とリリースピストンキャビティ間を流体連通させる流路を含むことを特徴とする請求項１に記載の回転式流体圧装置。
9. さらに、前記流路と前記流体圧源間を流体連通させるバルブアセンブリをさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の回転式流体圧装置。
10. 前記バルブアセンブリが、３−位置・５−方向バルブアセンブリであることを特徴とする請求項９に記載の回転式流体圧装置。
11. 前記バルブアセンブリがシャトルバルブアセンブリであることを特徴とする請求項９に記載の回転式流体圧装置。

Images