(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路を介して圧液を供給する液圧ポンプと、該圧液の供給／停止又は供給方向を制御弁で切換えてドラムを巻出し又は巻込み駆動する２速度形液圧モータと、該２速度形液圧モータの大容量側ポート又は小容量側ポートに選択的に圧液を供給してモータ容量を制御する容量変換機構と、前記液圧ポンプと前記制御弁との間の流路から分岐して前記容量変換機構に圧液を供給する供給流路と、前記液圧モータ側から前記容量変換機構に圧液を供給する供給流路との合流点に、前記液圧ポンプ側の圧液圧力と前記液圧モータ側の圧液圧力との高圧側を選択して前記容量変換機構に圧液を供給する高圧選択弁とを設けた液圧モータの容量切換装置において、
前記制御弁が中立位置で、前記液圧ポンプに接続する流路を閉じ、液圧モータに接続する流路をタンクに連通するようになし、前記容量変換機構の制御液室を前記液圧ポンプと前記制御弁との間の流路又はドレン流路のいずれか一方へ接続するように切換える高圧切換弁を設け、前記制御弁を中立位置にしたとき、前記高圧切換弁が前記容量変換機構の制御液室を前記ドレン流路に接続して、前記容量変換機構を大容量側に切換えるように前記高圧選択弁から前記容量変換機構にポンプ側の圧液を供給するとともに、前記制御弁をモータ駆動位置に操作したとき、前記高圧切換弁が前記容量変換機構の制御液室を前記液圧ポンプと前記制御弁との間の流路に接続して、前記容量変換機構を小容量側へ切換えるように前記高圧選択弁から前記容量変換機構にポンプ側の圧液またはモータ側負荷のいずれか高い方の液圧を供給するように構成した液圧モータの容量切換装置。
【請求項２】
前記液圧モータを駆動する両圧液流路に圧液分岐流路をそれぞれ設け、該圧液分岐流路内の圧力差に応じて前記高圧切換弁が切換わるように構成し、両圧液分岐流路内の圧力が等しい場合は該高圧切換弁で前記容量変換機構を大容量側に切換えて液圧モータを大容量とするように構成したことを特徴とする請求項１記載の液圧モータの容量切換装置。
【請求項３】
前記圧液分岐流路内に圧力安定化流路を設け、該圧力安定化流路に絞りを設けて前記高圧切換弁に作用させる圧液圧力を安定化させるようにしたことを特徴とする請求項２記載の液圧モータの容量切換装置。
【請求項４】
前記液圧ポンプの圧液を常に高圧選択弁に供給する流路を設け、該流路に圧液を所定圧力に減圧する減圧弁を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の液圧モータの容量切換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、ウインチ等の速度を自動制御することができる液圧モータの容量切換装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、液圧モータによってロープ等の巻取り／繰出し操作を行うウインチ等が知られている。例えば、ウインチは、負荷を支持しながらロープ等の巻取り／繰出し操作等を行ったり、ロープ等を所定位置まで引寄せる操作を行っている。船舶のムアリング・ウインチを例にすると、船舶の係船時等にロープを巻取り／繰出し操作し、係船状態まで引寄せるように操作する。このムアリング・ウインチの場合、ロープの巻取り／繰出し操作を行う時には、０．数トン（例えば、０．５トン）程度の小さい力であるため所要容量としては小容量でよいが、高速で巻取り／繰出し操作を行いたい。また、係船状態まで引寄せる時には数トン〜数十トン（例えば、２０トン）程度の大きな力を要するため所要容量としては大容量が必要となるが、低速で引寄せればよい。
【０００３】
一方、このような液圧モータは、高速時の小容量では漏れ量による回転（サグ）が多いので、前記した係船状態での停止時には強制的に低速位置の大容量にしたい。そこで、このような液圧モータの容量を、荷重および用途に応じて自動的に変化させたいという要望がある。しかし、自動化した場合には、停止時の強制的な低速の大容量から高速の小容量へ切換えたい時に、自己の圧力で切り替るのには時間を要してしまう。
【０００４】
そのため、低速から高速へ迅速な速度変化を行うためには高速位置を設けたいという要望もあり、液圧モータの容量切換えは、一般的に、自動のみではなく、用途に応じて、低速・自動・高速の切換えが可能なように構成されている。
【０００５】
なお、この種の従来技術として、２速度形液圧モータを自動的に且つ無断階に変速できるようにしたものがある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
特公平３−３９９５５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記したように低速・自動・高速の切換えが可能な構成では、通常の自動操作以外に、用途に応じて低速位置と高速位置への切換え操作を行うための判断を要するので、用途を把握しながら適切な切換え操作を行う煩雑な操作が必要となる。
【０００８】
また、万一、大容量から小容量に切換える時に、液圧モータ側の液圧が負荷を支持できる圧力に達していない低い状態で小容量側に切替えてしまった場合、ロープが高速で繰り出されるおそれがある。そのため、熟練した作業者による操作が必要となる。
【０００９】
なお、前記小容量時の漏れ量による回転（サグ）を避けるためにウインチ等に自動ブレーキ機構を付け、このブレーキでウインチ等を所定位置で保持することも考えられるが、この場合も、ブレーキ解除の瞬間に荷重を保持できる圧力がなければロープが高速で繰り出されるおそれがある。
【００１０】
また、前記特許文献１に記載された発明は、液圧モータ側の液圧が低い場合、自動的に液圧モータを大容量に切換えてロープ等を安定して保持できるものではない。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
そこで、前記課題を解決するために、本願発明は、流路を介して圧液を供給する液圧ポンプと、該圧液の供給／停止又は供給方向を制御弁で切換えてドラムを巻出し又は巻込み駆動する２速度形液圧モータと、該２速度形液圧モータの大容量側ポート又は小容量側ポートに選択的に圧液を供給してモータ容量を制御する容量変換機構と、前記液圧ポンプと前記制御弁との間の流路から分岐して前記容量変換機構に圧液を供給する供給流路と、前記液圧モータ側から前記容量変換機構に圧液を供給する供給流路との合流点に、前記液圧ポンプ側の圧液圧力と前記液圧モータ側の圧液圧力との高圧側を選択して前記容量変換機構に圧液を供給する高圧選択弁とを設けた液圧モータの容量切換装置において、
前記制御弁が中立位置で、前記液圧ポンプに接続する流路を閉じ、液圧モータに接続する流路をタンクに連通するようになし、前記容量変換機構の制御液室を前記液圧ポンプと前記制御弁との間の流路又はドレン流路のいずれか一方へ接続するように切換える高圧切換弁を設け、前記制御弁を中立位置にしたとき、前記高圧切換弁が前記容量変換機構の制御液室を前記ドレン流路に接続して、前記容量変換機構を大容量側に切換えるように前記高圧選択弁から前記容量変換機構にポンプ側の圧液を供給するとともに、前記制御弁をモータ駆動位置に操作したとき、前記高圧切換弁が前記容量変換機構の制御液室を前記液圧ポンプと前記制御弁との間の流路に接続して、前記容量変換機構を小容量側へ切換えるように前記高圧選択弁から前記容量変換機構にポンプ側の圧液またはモータ側負荷のいずれか高い方の液圧を供給するように構成している。このように、液圧モータを大容量又は小容量に切換える容量変換機構へ供給される圧液を、制御弁を中立位置にしたときには、ポンプ側の圧液によって自動的に大容量側へ切換えるようにしたので、煩雑な操作を要することなく、液圧モータの停止時には自動的に大容量側として保持することができる。また、液圧モータの停止時でも、制御弁をモータ駆動位置に操作することによって高圧選択弁から容量変換機構に供給される圧液で、大容量側から小容量側に切換えて運転する時の圧液を迅速に得ることができる。
【００１２】
前記液圧モータを駆動する両圧液流路に圧液分岐流路をそれぞれ設け、該圧液分岐流路内の圧力差に応じて前記高圧切換弁が切換わるように構成し、両圧液分岐流路内の圧力が等しい場合は該高圧切換弁で前記容量変換機構を大容量側に切換えて液圧モータを大容量とするように構成することにより、液圧モータを駆動する時の駆動方向によって生じる圧液流路内の圧液の差圧で液圧モータを小容量側にし、圧液流路内の圧力が同圧（等しい）となる停止時には自動的に大容量側に切換えることが容易にできる。
【００１３】
また、前記圧液分岐流路内に圧力安定化流路を設け、該圧力安定化流路に絞りを設けて前記高圧切換弁に作用させる圧液圧力を安定化させるようにすれば、簡単な構成で、液圧モータ駆動時には高圧切換弁に作用する圧液に差圧を生じさせ、液圧モータ停止時には両流路内の圧力が同圧となるように安定化させることができる。
【００１４】
さらに、前記液圧ポンプの圧液を常に高圧選択弁に供給する流路を設け、該流路に圧液を所定圧力に減圧する減圧弁を設ければ、簡単な構成で、液圧モータ側に供給される圧液圧力が低い時でも高圧切換弁に供給される圧液を所定圧にして高圧選択弁から液圧モータへ供給するようにできる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本願発明の一実施形態を示す液圧回路図である。図示する例は、液圧モータを大容量側で保持してウインチを停止させた状態を示している。
【００１６】
図示するように、タンク１から液圧ポンプ２によって供給される圧液は、流路３から制御弁４（流量制御機能付）を介して流路５又は流路６に供給され、２速度形の液圧モータ７が駆動されている。この液圧モータ７は駆動機構８を介してウインチのドラム９を回転駆動しており、制御弁４の切換え方向によってドラム９の回転方向が切換えられる。流路５にはカウンタバランス弁１０が設けられ、カウンタバランス弁１０のチェック弁１０ａと液圧モータ７とを連通させる流路３０と流路６との間には安全弁１１が設けられている。これらの流路３０，６が液圧モータ７の駆動流路である。
【００１７】
前記液圧モータ７には、小容量側ポート１２又は大容量側ポート１３へ選択的に圧液を供給するレギュレータ１４が設けられている。このレギュレータ１４には、液圧モータ７の小容量側ポート１２又は大容量側ポート１３へ圧液を供給する位置ａ，ｂと、圧液をブロックする位置ｃとを有するスプール１５が設けられている。この実施形態では、レギュレータ１４を切換えて液圧モータ７の小容量側ポート１２又は大容量側ポート１３に圧液を供給する構成が容量変換機構Ｖである。このレギュレータ１４の一端には、スプール１５との間にばね１６を介装した制御液室１７が設けられ、他端には、液圧シリンダ１８と弱いばね１９とが設けられている。前記ばね１６は、前記制御液室１７に圧液が導かれたときに所定のばね力でスプール１５を押圧するように設定されている。
【００１８】
前記制御液室１７には、圧液を供給又は排出するための高圧切換弁２０が接続されている。この高圧切換弁２０には、液圧ポンプ２と制御弁４との間の流路３から分岐した高圧流路２１が接続されており、液圧ポンプ２が吐出した圧力の圧液が供給されている。この高圧切換弁２０から流路３６を介して制御液室１７に導かれた圧液によってレギュレータ１４のスプール１５がスライドさせられる。
【００１９】
この高圧切換弁２０は、スライド方向両端に、前記流路６から分岐した圧液分岐流路３２の液圧と、流路５から分岐した圧液分岐流路３３の液圧とがそれぞれ作用しており、これらの液圧の圧力バランスによって高圧切換弁２０のスプールがスライドするように構成されている。また、前記圧液分岐流路３２，３３の間には、絞り３５が設けられた安定化流路３４が設けられている。この安定化流路３４によって圧液分岐流路３２，３３の間を連結することにより、液圧モータ７を駆動している状態では圧液分岐流路３２，３３の間に圧力差を生じさせ、液圧モータ７を停止させた状態では圧液分岐流路３２，３３の間の圧液圧力が等しくなるようにしている。さらに、高圧切換弁２０の出口ポートは、低圧ラインの流路３７，液圧モータ７のドレンポートを介してタンク１に連通している。
【００２０】
このような構成により、圧液分岐流路３２又は圧液分岐流路３３のいずれか一方が高圧になると、その圧液圧力によって高圧切換弁２０のスプールが位置ｆ又は位置ｇ側のいずれかへスライドし、高圧流路２１から流路３６を介して制御液室１７に圧液が供給され、レギュレータ１４のスプール１５を後述する図２，３に示す位置ａの方向にスライドさせて、容量変換機構Ｖが小容量側に切換えられる。また、圧液分岐流路３２，３３内の圧力が等しくなると、高圧切換弁２０のスプールは中立位置ｈ（図１に示す位置）となり、高圧流路２１をブロックして制御液室１７の圧液が流路３６から低圧ラインの流路３７へと排出（抜け）され、レギュレータ１４のスプール１５はばね１９によって図１に示す位置ｂにスライドさせられて、容量変換機構Ｖが大容量側に切換えられる。つまり、液圧モータ７を駆動するために圧液を供給する流路５，６のいずれかの圧力が上昇すると、流路５，６から分岐した圧液分岐流路３２，３３内の圧力に生じる差圧によって高圧切換弁２０のスプールが左右いずれかにスライドさせられ、レギュレータ１４の制御液室１７内に圧液を供給し、圧液分岐流路３２，３３内の圧力がバランスすると制御液室１７内の圧液を排出する操作が自動的に行われる。
【００２１】
前記制御液室１７に供給される圧液によってスライドさせられるレギュレータ１４のスプール１５は、スライドすることによって位置ａ又は位置ｂに切換えられた時に液圧モータ７の小容量側ポート１２又は大容量側ポート１３へ圧液を供給している。このレギュレータ１４から液圧モータ７の小容量側ポート１２又は大容量側ポート１３に供給する圧液は、一方の入口ポート２４ａが前記高圧流路２１から分岐した供給流路２２に接続され、他方の入口ポート２４ｂが前記流路３０から分岐した供給流路２３に接続され、これらの供給流路２２，２３のいずれか高圧側の圧液を選択する高圧選択弁２４から供給されている。この実施形態では、供給流路２２が高圧流路２１から分岐するように設けられているが、流路３から独立して設けてもよい。
【００２２】
前記高圧選択弁２４は、供給流路２２と供給流路２３との圧力が異なる場合に、圧力が高い方の圧液を出口ポートから流路３１を介してレギュレータ１４へ供給するように動作する。図示する状態では、高圧流路２１から分岐した供給流路２２側の圧液圧力が高い状態であり、供給流路２２から高圧選択弁２４の出口側流路３１を介してレギュレータ１４へ圧液が供給されている。
【００２３】
また、前記供給流路２２には減圧弁３８が設けられており、高圧流路２１から高圧選択弁２４へ供給される圧液の圧力を所定圧に減圧している。この減圧弁３８の設定圧力は、レギュレータ１４を介して液圧モータ７の容量変換機構Ｖを作動させることができる圧力に設定されている。
【００２４】
一方、前記レギュレータ１４の他端に設けられた液圧シリンダ１８には、ピストン２５が設けられている。このピストン２５で区切られた液圧シリンダ１８の外側液室２６は、通路２８によって前記供給流路２３に接続され、内側液室２７は通路２９によって液圧モータ７を駆動する他方の流路６から分岐した圧液分岐流路３２に接続されている。
【００２５】
このようにレギュレータ１４の両端部に設けられた構成により、スプール１５のスライドは、通路２８，２９の液圧力が外側液室２６と内側液室２７とに作用してピストン２５の前後に生じる差圧力と、制御液室１７へ作用させた液圧によるばね１６の撓みとの関係で行われる。このスプール１５のスライドによって、高圧選択弁２４の出口ポートに連なる流路３１を、液圧モータ７の小容量側ポート１２又は大容量側ポート１３と連通させている。
【００２６】
以上のように構成された容量切換装置４０によれば、図１に示すように、制御弁４を中立にして液圧モータ７を駆動する流路５，６と流路３とを遮断して液圧モータ７を未駆動状態とすれば、流路５，６に液圧が作用せず、絞り３５の働きによって圧液分岐流路３２，３３内の圧力が同一になる。これにより、高圧切換弁２０の両端部に作用する圧液分岐流路３２，３３内の圧力はバランスして、高圧切換弁２０は図１に示す中立位置ｈが選択され、レギュレータ１４の制御液室１７を流路３６を介して低圧ラインの流路３７と連通させる。
【００２７】
このように制御液室１７から圧液が排出されると、レギュレータ１４のスプール１５はばね１９によって図１に示す位置ｂとなり、小容量側ポート１２は低圧ラインの流路３７と連通し、大容量側ポート１３には高圧選択弁２４から流路３１を介して圧液が供給されるので、液圧モータ７は自動的に大容量となる。この時、レギュレータ１４から液圧モータ７に供給される圧液は、高圧選択弁２４に作用する供給流路２２，２３のいずれか圧力の高い方の圧液である。
【００２８】
図２は図１に示す液圧回路の高圧切換弁が一方に切換えられた状態を示す液圧回路図であり、図３は同高圧切換弁が他方に切換えられた状態を示す液圧回路図である。これら図２，３に示すように、図１の状態から制御弁４を切換えて液圧モータ７を駆動すると、流路５又は流路６のいずれかの圧液圧力が上昇するので、その圧液圧力が圧液分岐流路３２又は３３から高圧切換弁２０に作用する。
【００２９】
図２に示すように、制御弁４を位置ｄに切換えた場合、流路３から流路６に圧液が供給され、圧液分岐流路３２の圧力が上昇して、高圧切換弁２０が位置ｆに切換えられる。これにより、高圧流路２１から流路３６を介してレギュレータ１４の制御液室１７に圧液が供給され、スプール１５が位置ａに切換えられる。この時には、供給流路２３内の圧力よりも供給流路２２内の圧力の方が高いので、供給流路２２から高圧選択弁２４に供給された圧液が流路３１からレギュレータ１４に供給されて液圧モータ７の小容量側ポート１２に供給される。なお、流路３０内の圧力が負荷により上昇して、供給流路２３内の圧力が供給流路２２内の圧力よりも上昇すると、高圧選択弁２４によって供給流路２３内の圧液がレギュレータ１４へ供給される。
【００３０】
また、図３に示すように、制御弁４を位置ｅに切換えた場合、流路３から流路５に圧液が供給され、圧液分岐流路３３の圧力が上昇して、高圧切換弁２０が位置ｇに切換えられる。これにより、高圧流路２１から流路３６を介してレギュレータ１４の制御液室１７に圧液が供給され、スプール１５が位置ａに切換えられる。この時、流路３０内の圧力の方が供給流路２２内の圧力よりも高い場合には、供給流路２３から高圧選択弁２４に供給された圧液が流路３１からレギュレータ１４に供給されて液圧モータ７の小容量側ポート１２に供給される。
【００３１】
これら図２，図３に示すように、制御弁４を切換えることによって液圧モータ７を駆動すると、高圧切換弁２０に作用する圧液分岐流路３２，３３内の圧力に差圧が生じるので、高圧切換弁２０はその作用した圧力によっていずれかの方向へスライドして、スプールを位置ｆ側又は位置ｇ側に切換える。このようにして高圧切換弁２０が切換えられると、液圧ポンプ２から高圧流路２１を介して供給された圧液がレギュレータ１４の制御液室１７へと供給され、レギュレータ１４のスプール１５を図示する位置ａに切換える。これによりレギュレータ１４へ圧液を供給する圧液供給流路３１が液圧モータ７の小容量側ポート１２と連通し、この流路３１から供給される圧液によって液圧モータ７が小容量側に切換えられる。
【００３２】
このように、液圧モータ７を駆動するために流路５又は流路６へ圧液が供給されると、その差圧によって高圧切換弁２０が切り替るので、レギュレータ１４の制御液室１７内の圧力が一定圧力以上となって、レギュレータ１４が自動的に液圧モータ７を小容量側に容量制御（速度制御）することができる。
【００３３】
一方、制御弁４を切換えることによって液圧モータ７を停止させると、圧液分岐流路３２と圧液分岐流路３３との圧液が流路５，６からタンク１へ排出され、安定化流路３４によって圧液分岐流路３２，３３内が同圧となるので、高圧切換弁２０のスプールは中立位置ｈとなる。これにより、レギュレータ１４の制御液室１７から圧液が流路３７へ排出されるので、レギュレータ１４のスプール１５はばね１９によって位置ｂとなり、高圧選択弁２４からレギュレータ１４を介して大容量側ポート１３に圧液が供給されて自動的に液圧モータ７を大容量側に容量制御（速度制御）することができる。
【００３４】
そして、この大容量側で保持している状態から前記したように制御弁４を切換えて小容量側に切換えた場合、液圧モータ７が大容量で保持されている時でも、高圧流路２１から減圧弁３８を介して供給流路２２から所定圧の圧液が常に高圧選択弁２４に供給されているので、流路５，６内の圧力が低い状態でも供給流路２２側の圧液が高圧選択弁２４で選択されてレギュレータ１４へ供給され、レギュレータ１４の切換え時に比較的高い圧液を小容量側ポート１２へ迅速に供給することができる。これにより、小容量への切換え操作が迅速に行える。
【００３５】
つまり、高圧流路２１からは常に所定圧の圧液が供給流路２２を介して高圧選択弁２４に供給されているので、流路５，６側の圧液圧力が低い場合でも、高圧流路２１から所定圧の圧液をレギュレータ１４へ迅速に供給することができる。したがって、ウインチのドラム９停止状態からロープの巻取り／繰出し操作のような軽負荷の作業へ切換える場合に、レギュレータ１４のスプール１５が位置ｂから位置ａに切換えられるが、レギュレータ１４には減圧弁３８によって所定圧に減圧された一定圧力の圧液を高圧選択弁２４から迅速に供給することができるので、ウインチの容量を切換えるレギュレータ１４のポートｉ（図２，３に示す状態の高速側）には、一定圧力が迅速に供給されることとなり、液圧モータ７を迅速に高速（小容量）へ切り替えることができる。
【００３６】
以上のように、この容量切換装置４０によれば、大容量と小容量との安定した切換えが自動的に行えるので、ムアリング・ウインチとしても使用可能な高倍速（例えば、８倍速）のウインチが実現できる。また、係船作業にタグボートが使用される船においては、軽負荷時に高速が得られれば、ムアリング・ウインチ定格荷重時の速度は実質あまり必要とされないため、この容量切換装置４０により、小電動機容量・小発電機容量、小配管径、小液量が実現できる。したがって、この容量切換装置４０によれば、地球環境にやさしい省資源型製品を製作することが可能となる。
【００３７】
なお、上述した実施形態では船舶の係船ロープを巻くウインチを例に説明したが、ロープを昇降させるような他の構成についても、上記と同様の性能が要求される構成においては、同様の効果が得られる。
【００３８】
また、上述した実施形態は一実施形態であり、本願発明の要旨を損なわない範囲での種々の変更は可能であり、本願発明は上述した実施形態に限定されるものではない。
【００３９】
【発明の効果】
本願発明は、以上説明したような形態で実施され、以下に記載するような効果を奏する。
【００４０】
液圧モータの停止時には自動的に大容量側で安定して保持することができるので、煩雑な作業を要することなく大容量での保持が自動で可能となる。また、大容量側から小容量側に切換えて運転する時の圧液を常時安定して得ることも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の一実施形態を示す液圧回路図である。
【図２】図１に示す液圧回路の高圧切換弁が一方に切換えられた状態を示す液圧回路図である。
【図３】図１に示す液圧回路の高圧切換弁が他方に切換えられた状態を示す液圧回路図である。
【符号の説明】
１…タンク
２…液圧ポンプ
３…流路
４…制御弁
５，６…流路
７…液圧モータ
８…駆動機構
９…ドラム
１０…カウンタバランス弁
１１…安全弁
１２…小容量側ポート
１３…大容量側ポート
１４…レギュレータ
１５…スプール
１６…ばね
１７…制御液室
１８…液圧シリンダ
１９…ばね
２０…高圧切換弁
２１…高圧流路
２２，２３…供給流路
２４…高圧選択弁
２５…ピストン
２６…外側液室
２７…内側液室
２８，２９…通路
３０，３１…流路
３２，３３…圧液分岐流路
３４…安定化流路
３５…絞り
３６，３７…流路
３８…減圧弁
４０…容量切換装置
Ｖ…容量変換機構
【図１】
0003725111.tif 000002
【図２】
0003725111.tif 000003
【図３】
0003725111.tif 000004