(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中厚である円筒形状の第１軸素材と、第１軸素材と同径の円筒形状であってその端面から一定の位置にその径より大きなランドを備える中厚の第２軸素材とからなり、前記第２軸素材の端部である中空軸部の内側に前記第２軸素材の半径より小径の円筒状窪みを前記第２軸素材のみに設け、ランド端部を基準面としてこの基準面と前記窪み底部との距離が一定となるように前記円筒状窪みを刻設し、前記窪みにおける前記第２軸素材の肉厚が一定となるように切削加工するとともに、前記第１軸素材の端部と前記第２軸素材の前記窪みを有する端面とを摩擦圧接して接合することで形成する部分中空動力伝達軸の製造方法。
【請求項２】
中厚である円筒形状の第１軸素材と、第１軸素材と同径の円筒形状であってその端面から一定の位置にその径より大きなランドを備える中厚の第２軸素材とからなり、前記第２軸素材の端部である中空軸部の内側に前記第２軸素材の半径より小径の円筒状窪みが前記第２軸素材のみに設けられており、ランド端部を基準面としてこの基準面と前記窪み底部との距離が一定となるように前記円筒状窪みが設けられ、前記窪みにおける前記第２軸素材の肉厚が一定であるとともに、前記第１軸素材の端部と前記第２軸素材の前記窪みを有する端面とが接合されてなる部分中空動力伝達軸。
【請求項３】
中厚である円筒形状の第１軸素材と、第１軸素材と同径の円筒形状であってその端面から一定の位置にその径より大きなランドを備える中厚の第２軸素材とからなり、前記第２軸素材の端部である中空軸部の内側に前記第２軸素材の半径より小径の円筒状窪みが前記第２軸素材のみに設けられており、ランド端部を基準面としてこの基準面と前記窪み底部との距離が一定となるように前記円筒状窪みが設けられ、前記窪みにおける前記第２軸素材の肉厚が一定であるとともに、前記第１軸素材の端部と前記第２軸素材の前記窪みを有する端面とが接合されてなる部分中空動力伝達軸を備え、その内部にトルクセンサの測定部が配置されて、その測定部が中空軸部に対応するように配置されて構成される前記部分中空動力伝達軸トルクを測定可能なトルクセンサ内蔵油圧ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械分野に広く利用されている動力伝達軸に係り、特にこの動力伝達軸に負荷された軸トルクを測定する際にその測定精度を向上させるために動力伝達軸の部分を中空化した部分中空動力伝達軸と、部分中空動力伝達軸を用いた油圧装置、および部分中空動力伝達軸の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
出願人は、既に特許文献１で、油圧ポンプの回転軸である動力伝達軸について、この動力伝達軸に負荷された軸トルクを測定する手法を提案している。
【０００３】
特許文献１では、「原動機の出力駆動軸に結合される可変容量型ピストンポンプの回転軸に作用する吸収トルクを、当該回転軸に作用するトルクとして電気的に直接検出し、それにより斜板の傾転角位置を制御し、もって、効率的運転を可能にする建設機械を提供する」ために、「ポンプＰＭは、ケーシング１６内部に形成された回転軸１４を含む回転機構と、この回転機構の回転量を指定する斜板１８および同斜板の傾転角を制御するパワーピストンユニットＰＷと、同パワーピストンユニットに対し所定の圧油を供給する油圧サーボユニットＳＶとを備える。油圧サーボユニット内にはスリーブ２０内で軸方向に摺動可能に配置されたスプール２２が設けられ、スプール２２の左端側は、電磁ソレノドＳＬの駆動ピンＳＰにより押圧され得る。ＰＡは、前記電磁ソレノドＳＬへの駆動電力を供給する電力増幅部である。回転軸の吸収トルクは非接触で電気信号として検出するセンサーＳにより検出され、この信号により斜板が直接サーボ制御される」構成を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１６８９７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の技術においては、動力軸の磁束密度の変化としてトルクに対応する電気信号を検出することでトルクを測定するものである。このトルクによって検出される電気信号は、動力伝達軸のねじれ角の大きさに応じて増大する。この電気信号が増大すればトルクの検出精度は向上する。つまり、負荷トルクに対する動力伝達軸のねじれ角を大きくすることによってトルクの検出精度を向上させることができる。
【０００６】
ところで、動力伝達軸のねじれ角を増大させる方法として、動力伝達軸の素材、長さ、軸径を変更する必要がある。しかし、動力伝達軸の素材、長さ、軸径を変更できないことは多い。この場合は、素材、長さ、軸径を変更せずに断面二次モーメントを小さくすることが必要となる。
【０００７】
そこで、出願人等は、鋭意考案した結果、動力伝達軸の断面二次モーメントを小さくする方法として動力伝達軸の一部の肉厚の偏差を低減して中空化する手法を発明するに至った。
【０００８】
そこで、本発明は、上記問題を解決せんとするもので、その目的とするところは、動力伝達軸に負荷されているトルクを精度良くコンパクトで、コストを抑えて測定することを可能とさせるために、動力伝達軸の一部の肉厚の偏差を低減して中空化する製造方法を提供し、この方法で提供される部分中空動力伝達軸を提供し、さらに、その部分中空動力伝達軸を用いた油圧装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するための本発明による部分中空動力伝達軸の製造方法は、中厚である円筒形状の第１軸素材と、第１軸素材と同径の円筒形状であってその端面から一定の位置にその径より大きなランドを備える中厚の第２軸素材とからなり、前記第２軸素材の端部である中空軸部の内側に前記第２軸素材の半径より小径の円筒状窪みを設け、ランド端部を基準面としてこの基準面と前記窪み底部との距離が一定となるように前記円筒状窪みを刻設し、前記第１素材の端部と前記第２軸素材の前記窪みを有する端面とを摩擦圧接して接合することで形成する。
【００１０】
前記目的を達成するための本発明に係る部分中空動力伝達軸は、中厚である円筒形状の第１軸素材と、第１軸素材と同径の円筒形状であってその端面から一定の位置にその径より大きなランドを備える中厚の第２軸素材とからなり、前記第２軸素材の端部である中空軸部の内側に前記第２軸素材の半径より小径の円筒状窪みを設け、ランド端部を基準面としてこの基準面と前記窪み底部との距離が一定となるように前記円筒状窪みを刻設し、前記第１素材の端部と前記第２軸素材の前記窪みを有する端面とを摩擦圧接して接合することで形成される。
【００１１】
さらに、本発明に係る部分中空動力伝達軸トルクを測定可能なトルクセンサ内蔵油圧ポンプは、中厚である円筒形状の第１軸素材と、第１軸素材と同径の円筒形状であってその端面から一定の位置にその径より大きなランドを備える中厚の第２軸素材とからなり、前記第２軸素材の端部である中空軸部の内側に前記第２軸素材の半径より小径の円筒状窪みを設け、ランド端部を基準面としてこの基準面と前記窪み底部との距離が一定となるように前記円筒状窪みを刻設し、前記第１素材の端部と前記第２軸素材の前記窪みを有する端面とを摩擦圧接して接合することで形成される部分中空動力伝達軸を備え、その内部にトルクセンサの測定部が配置されて、その測定部が中空軸部に対応するように配置されることで構成することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、動力伝達軸に負荷されているトルクを精度良くコンパクトで、コストを抑えて測定することを可能とさせるために、動力伝達軸の一部の肉厚の偏差を低減して中空化する製造方法を提供し、この方法で提供される部分中空動力伝達軸を提供し、さらに、その部分中空動力伝達軸を用いた油圧装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る部分中空動力伝達軸を形成するための第１軸素材と第２軸素材の構成図である。
【図２】本発明に係る部分中空動力伝達軸を形成するための第２軸素材の構成図である。
【図３】本発明に係る部分中空動力伝達軸を形成するための第１軸素材と第２軸素材を接合した際の構成図である。
【図４】本発明に係る部分中空動力伝達軸を形成するための第１軸素材と第２軸素材を摩擦圧接後の構成図である。
【図５】本発明に係る部分中空動力伝達軸を形成するための第１軸素材と第２軸素材を摩擦圧接後の仕上げ後の構成図である。
【図６】本発明に係る部分中空動力伝達軸を用いた油圧装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【００１４】
以下に本発明の好適な実施例について、詳細に説明する。
【００１５】
なお、以下の説明において、図１乃至図５を用いて本発明における部分中空動力伝達軸１の製造方法について説明する。
【００１６】
先ず図１に示す通り、最終形状より加工代並びに摩擦圧接代だけ径が太い丸棒鋼材を２点用意し、油圧モータ用動力軸において、外部駆動用にモータ外に露出する部分を構成する第１軸素材部２と、専らモータ内に内蔵される部分を構成する第２軸素材部４を構成する。この第２軸素材部４は、一部の径が他の軸径より太くなるランド６を形成するように旋削加工される。
【００１７】
この第２軸素材部４は、図２に示されるように、ランド６が形成されると共に、後の中空部を構成する円筒状窪み１５が軸方向に旋削加工される。この円筒状窪み１５の底部１６は、ランド６の両端部のうち円筒状窪み１５に近い方の端部８から、底部１６までの距離がＬとなるよう旋削加工される。また、円筒状窪み１５の中心軸と第２軸素材部４の中心軸が同一軸状となるように加工され、第２軸素材部４の直径が基準径１８となるように形成される。ここで、基準面からの距離Ｌと基準径１８の値は、図面公差内に加工するよう形成される。一方、第１軸素材部２もまた、その直径が基準径となるように旋削加工される。
【００１８】
続いて、基準径に加工された第１軸素材２と円筒状窪み１５の旋削加工された第２軸素材部４において、第１軸素材２の端部と第２軸素材部４の円筒状窪み１５のある端面とが摩擦圧接工法で圧接されて一体化して軸素材１７を形成する。図３は、第１軸素材２の端部と第２軸素材部４を接した状態である。この状態で、第２軸素材部４の一部１５のみが中空であり他は中実である。
【００１９】
一方、図４は、この軸素材１７は、摩擦圧接により接合部がランド状２６に全周に渡って突出している。
【００２０】
続いて、この軸素材１７は、基準面と、基準径を加工基準として図５に示されるように、図面値内に全加工する。具体的には、駆動側端部から周面のうち一部のみが中心軸に平行な平面で切削される切欠面４８と、切欠面４８に隣接し中空部１５を有する中空軸部４４と、中空軸部４４に隣接するモータ側がテーパに切削されるテーパランド４０と、テーパランド４０に隣接する第１溝部３８と、第１溝部３８に隣接する第１ランド３６と、第１ランド３６に隣接する第２溝部３４と、第２溝部に隣接するスプライン３２と、スプライン３２に隣接する第１軸部３０と、第１軸部３０に隣接する第２軸部２８が旋削加工されて部分中空動力伝達軸１が形成される。
ここで、中空軸部４４は磁気的変質部ＭＤとなるよう形成される。
【００２１】
このように中空部１５を設けることで、軸素材１７の肉厚の偏差を低減して製造することが可能になる。
【００２２】
また、軸の一部分を中空化するため、摩擦圧接工法を利用し、摩擦圧接の前工程で中空部を基準とする外径部に対して同軸度を公差内で加工することができる。
【００２３】
さらに、中空部の軸方向位置のバラツキを低減するため、外径部に設けた基準面を利用して軸方向の加工寸法を管理することにより中空部の偏肉および位置ずれを防止し、組込トルクセンサーによるトルクのトルク寸法精度の向上に努めることができる。
【００２４】
続いて、本発明に係る部分中空動力伝達軸１を可変容量型ピストンポンプＰＭに適用した例について図６を用いて説明する。図６はこの可変容量型ピストンポンプＰＭの軸方向断面図を示す。
【００２５】
この可変容量型ピストンポンプＰＭは、機能的に分けると、ケーシング５０とその左端側の前蓋５０ａおよび右端側の後蓋５０ｂにより囲まれた内部に形成された前記部分中空動力伝達軸１を含む回転機構と、この回転機構の回転量を指定する斜板５２および同斜板５２の傾転角を制御するパワーピストンユニットＰＷと、同パワーピストンユニットＰＷに対し所定の圧油を供給する図示しない油圧サーボユニットＳＶとを備えている。
【００２６】
前記回転機構の詳細は、当該分野ではよく知られているが、ここではその主要部分について説明する。すなわち、斜板５２の右側で、部分中空動力伝達軸１の外周面にはスプライン３２が形成されており、このスプライン３２と係合するメスのスプラインを形成したシリンダケース６２が配置されている。このシリンダケース６２内には複数のピストンＰＳが円周状に等配置されており、各ピストンＰＳの右端部の油室ＣＨには給排プレート１０８を介して作動油が給排されるようになっている。
【００２７】
各ピストンＰＳの左端頭部は、斜板５２と摺動可能に接するシュー１１０内で摺接可能に嵌まり込んでおり、したがって、シュー１１０はシリンダケース６２と共に回転するようになっている。なお、参照符号ＢＲ１，ＢＲ２は部分中空動力伝達軸１の軸受けである。
【００２８】
前記斜板５２は、その上下部分において左端頭部が嵌まり込んだロッドｒｄ１、ｒｄ２と結合されている。下側のロッドｒｄ２の右端部は、後蓋５０ｂに形成された孔内で摺動可能なピストンＲＥ６０と接触しており、またこのピストンＲＥ６０は右端面をばね６０ａで左方へ付勢されている。ばね６０ａの配置された孔にはポンプＰＭの吐出口である自己圧ポート５８からの圧油が破線通路１０４を介して供給されている為、斜板５２は常に時計方向に傾転、すなわち吐出量が常に最大となるように構成されている。
【００２９】
一方、上側のロッドｒｄ１の右端部は後蓋５０ｂに形成された孔内で摺動可能なパワーピストン５６と接触しており、またこのパワーピストン５６の右端面はピストン室５４に臨んでおり、同室内の圧力に応じた油圧力で左方へ付勢される。
なお、パワーピストン５６の断面積は、下側のピストンＲＥ６０の断面積より大きくされている為、ピストン室５４の圧力が吐出圧より低い制御圧においても充分制御可能となるよう構成されている。
【００３０】
参照符号Ｓは部分中空動力伝達軸１の捩りに対応する吸収トルクとして電気信号でセンサーが検出する。
【００３１】
前記センサーＳは、部分中空動力伝達軸１の外周面に形成されている磁気的変質部ＭＤに非接触で対向して配置されており、部分中空動力伝達軸１に作用する吸収トルクが発生するとそれに対応した前記磁気的変質部ＭＤの磁束の分布や密度の変化を検出するものである。ここで、磁気的変質部ＭＤは、中空部１５に該当する。中厚であった、回転軸に比べて磁気的変質部ＭＤが中空であることから、断面２次モーメントが減少し、その結果、ねじれ角が増大することとなる。このため、中空にすることで、ＭＤ部の精度が向上する。また、製造方法においても、基準面を利用して軸方向の加工寸法を管理することができることでも精度が向上する。一方で、接合方法として摩擦圧接で接合させるため、強度も担保することができる。
【００３２】
回転軸に作用するトルクを電気的に検出するための、このような磁気的変質部ＭＤの例が、特表２００７−５１７２０５号公報で紹介されている。
【００３３】
そこでは、センサー素子の長手方向に沿った第一方向に第一電流が流れるように加えられ、そして、第一電流パルスを加えることによって、センサー素子には、磁気的にエンコードされた強磁性体の領域が生成されるものである。
【００３４】
また、回転軸に作用するトルクを検出するのに適したものとして、米国特許第５０５２２３２号明細書には、軸の円周方向表面に強磁性体の層を形成することが開示されている。これらにおいては、いずれも非接触で、当該強磁性体の層に対向するセンサーが配置され、トルクに対応する電気信号が生成されるようになっている。
【００３５】
本発明では、これら特表２００７−５１７２０５号公報、および米国特許第５０５２２３２号明細書に記載された内容をここに引用し、取り込むことにより、本発明における磁気的変質部ＭＤの一例がそうした製造方法により製造されたものとする。したがって、その詳細な内容については、記載を省略する。
【００３６】
以上本発明の好適な実施例について図面により説明したが、当業者であれば、上記の図面および説明に基づいて種々の変形をすることが可能であることはもちろんである。
【符号の説明】
【００３７】
１  部分中空動力伝達軸
２  第１軸素材部
６  ランド
４  第２軸素材部
１３  円筒状窪み
１５  中空部
１６  底部
１７  軸素材
２６  ランド状
２８  第２軸部
３０  第１軸部
３２  スプライン
３４  第２溝部
３６  第１ランド
３８  第１溝部
４０  テーパランド
４４  中空軸部
４８  切欠面
ＰＭ  可変容量型ピストンポンプ
５０  ケーシング
５０ａ  前蓋
５０ｂ  後蓋
５２  斜板
５４  ピストン室
５６  パワーピストン
５８  自己圧ポート
６０  ピストンＲＥ
６０ａ  ばね
６２  シリンダケース
１０４  破線通路
１１０  シュー
１０８  給排プレート
ＰＷ  パワーピストンユニット
ＳＶ  油圧サーボユニット
ＰＳ  ピストン
ＣＨ  油室
ＢＲ１，ＢＲ２  軸受け
ｒｄ１、ｒｄ２  ロッド
ＰＭ  ポンプ
Ｓ  センサー
ＭＤ  磁気的変質部
【図１】
0005844540.tif 000002
【図２】
0005844540.tif 000003
【図３】
0005844540.tif 000004
【図４】
0005844540.tif 000005
【図５】
0005844540.tif 000006
【図６】
0005844540.tif 000007