(57)【要約】      （修正有）【課題】駆動用のボールで、波形カム面を滑らかなボール転動面に仕上げ、波形カム面の硬化処理を安価に行う。【解決手段】同心状に相対回転可能に嵌合したインナ部材２とアウタ部材１５の一方の部材の嵌合側周部に他方の部材側端面が開口するシリンダ３を円周方向に所定ピッチで形成し、各シリンダ３に頭部４ａを半球面状に形成したピストン４を摺動可能に嵌合し、ピストン４の頭部４ａにボール６を自転可能に設け、他方の部材の嵌合側周部にボール６が転動可能な波形カム面１６を形成し、波形カム面１６の斜面１６ｂに対応するボール６ａ側のシリンダ室３ａと斜面１６ｃに対面するボール６ｂ側のシリンダ室３ａの一方に作動油を供給し他方から作動油を回収する油圧回路２６を設け、仕上工程で油圧回路２６を介し各ピストン４を所定の順序で往復動させボール６を波形カム面１６に沿って所定時間転動し、ボール６で波形カム面１６のボール転動面を硬化処理する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同心状に相対回転可能に嵌合させたインナ部材（２）とアウタ部材（１５）とのうち、一方の部材の嵌合側周部に他方の部材側端面が開口するシリンダ（３）を円周方向に所定ピッチで形成し、各シリンダ（３）に頭部（４ａ）が半球面状に形成されたピストン（４）を摺動可能に嵌合させるとともに、該ピストン（４）の頭部（４ａ）にボール（６）を自転可能に設け、他方の部材の嵌合側周部に前記ボール（６）が転動可能な波形カム面（１６）を形成し、該波形カム面（１６）の一方の斜面（１６ｂ）に対応するボール（６ａ）側のシリンダ室（３ａ）と、波形カム面（１６）の他方の斜面（１６ｃ）に対面するボール（６ｂ）側のシリンダ室（３ａ）とのうち、一方のシリンダ室に作動油を供給するとともに、他方のシリンダ室の作動油を回収する油圧回路（２６）を設け、仕上げ工程で前記油圧回路（２６）を介して前記各ピストン（４）を所定の順序で往復動させることにより前記ボール（６）を前記波形カム面（１６）に沿って所定時間転動させ、該ボール（６）により前記波形カム面（１６）のボール転動面を硬化処理したことを特徴とする油圧回転装置における波形カム面の表面硬化処理方法。
【請求項２】
油圧回路（２６）を一方向に切り換えて各ピストン（４）を正転方向に所定の順序で往復動させることにより各ボール（６）を波形カム面（１６）に沿って正転方向に所定時間転動させた後、前記油圧回路（２６）を他方向に切り換えて前記各ピストン（４）を逆転方向に所定の順序で往復動させることにより前記ボール（６）を波形カム面（１６）に沿って逆転方向に所定時間転動させたことを特徴とする請求項１記載の油圧回転装置における波形カム面の表面硬化処理方法。
【請求項３】
インナ部材（２）とアウタ部材との相対回転に所定の負荷を付与し、油圧回路（２６）を介して各ピストン（４）を所定の順序で往復動させることによりボール（６）を波形カム面（１６）に沿って所定時間転動させたことを特徴とする請求項１又は２記載の油圧回転装置における波形カム面の表面硬化処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば作業機のアームに取り付けたフォークなどのアタッチメントを作業機に装備された油圧装置を利用して回転させる油圧回転装置に関し、特にその波形カム面の表面硬化処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術として、内筒部材（インナ部材）の外周部に半径方向に延びるシリンダを円周方向に所定ピッチで形成し、各シリンダに頭部が半球面状に形成されたピストン部材を摺動可能に嵌合させるとともに、該ピストン部材の頭部に球体（ボール）を自転可能に設け、前記内筒部材の外周部を包囲する筒状の外筒部材（アウタ部材）を設けるとともに、該外筒部材の内周部に前記球体が転動可能であってかつ前記シリンダのピッチと異なる凹凸摺接面（波形カム面）を形成し、前記凹凸摺接面の一方の斜面と対応する球体側のシリンダ室に作動油を供給する油圧供給回路、及び該凹凸摺接面の他方の斜面と対応する球体側のシリンダ室の作動油を回収する作動油回収回路を設けてなる油圧回転装置があった。この場合、上記外筒部材の内周部に形成される凹凸摺接面は、切削加工により形成された後、焼き入れ処理してその表面を所定の硬さに仕上げるようにしていた。
【特許文献１】特願２００２−１１６５０２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記従来のものは、内筒部材と外筒部材とを同軸に嵌合させ、これら両者間に多数のピストン部材を放射状に配置するようにしたので、軸方向の寸法を小さくしながら大きな回転トルクを得ることができる、という優れた効果を有する。しかしながら、外筒部材の内周部に形成される凹凸摺接面の表面硬化を焼き入れ処理によって行うようにしていたため、この硬化処理に手数を要するとともに、炉等の専用設備を必要とするものであった。本発明は、仕上げ工程で油圧回転装置をならし回転させ、凹凸摺接面に沿って転動するボールにより該凹凸摺接面を加工硬化させることにより、上記不具合を解消しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、上記課題を達成するために以下の如く構成したものである。即ち、請求項１に係る発明は、同心状に相対回転可能に嵌合させたインナ部材とアウタ部材とのうち、一方の部材の嵌合側周部に他方の部材側端面が開口するシリンダを円周方向に所定ピッチで形成し、各シリンダに頭部が半球面状に形成されたピストンを摺動可能に嵌合させるとともに、該ピストンの頭部にボールを自転可能に設け、他方の部材の嵌合側周部に前記ボールが転動可能な波形カム面を形成し、該波形カム面の一方の斜面に対応するボール側のシリンダ室と、波形カム面の他方の斜面に対面するボール側のシリンダ室とのうち、一方のシリンダ室に作動油を供給するとともに、他方のシリンダ室の作動油を回収する油圧回路を設け、仕上げ工程で前記油圧回路を介して前記各ピストンを所定の順序で往復動させることにより前記ボールを前記波形カム面に沿って所定時間転動させ、該ボールにより前記波形カム面のボール転動面を硬化処理する構成にしたものである。
請求項２に係る発明は、前記油圧回路を一方向に切り換えて各ピストンを正転方向に所定の順序で往復動させることにより各ボールを波形カム面に沿って正転方向に所定時間転動させた後、油圧回路を他方向に切り換えて前記各ピストンを逆転方向に所定の順序で往復動させることにより前記ボールを波形カム面に沿って逆転方向に所定時間転動させるようにしたものである。
請求項３に係る発明は、前記インナ部材とアウタ部材との相対回転に所定の負荷を付与し、油圧回路を介して各ピストンを所定の順序で往復動させることによりボールを波形カム面に沿って所定時間転動させるようにしたものである。
【発明の効果】
【０００５】
本願の請求項１に係る発明は、油圧回路の作動により各ピストンが所定の順序で往復動されると、波形カム面の一方の斜面に対面するボールが該一方の斜面を押し、インナ部材とアウタ部材とを相対回転させる。同時に波形カム面の他方の斜面に対面するボールが該斜面によって軸心方向に押圧される。これにより、各ボールが波形カム面に沿って転動し、該波形カム面がボールによって滑らかなボール転動面に仕上げられるとともに、加工硬化され、波形カム面の表面硬化処理が安価に行えることになる。
【０００６】
請求項２に係る発明は、油圧回路を一方向に切り換えて各ピストンを正転方向に所定の順序で往復動させると、波形カム面の一方の斜面に対面するボールが該一方の斜面を押し、インナ部材とアウタ部材とを正転方向に相対回転させる。同時に波形カム面の他方の斜面に対面するボールが該斜面によって軸心方向に押圧される。また、前記油圧回路を他方向に切り換えて各ピストンを逆転方向に所定の順序で往復動させると、波形カム面の他方の斜面に対面するボールが該他方の斜面を押し、インナ部材とアウタ部材とを逆転方向に相対回転させる。同時に波形カム面の一方の斜面に対面するボールが該斜面によって軸心方向に押圧される。これにより、各ボールが波形カム面に沿って正転方向と逆転方向とに転動し、該波形カム面のボール転動面がボールによって滑らかなボール転動軌跡面に仕上げられるとともに、ボール転動面全域が略均等な深さで加工硬化されることになる。
【０００７】
請求項３に係る発明は、所定の負荷を付与した状態で油圧回路を介して各ピストンを所定の順序で往復動させるようにしたので、ボールによる波形カム面の一方（又は他方）の斜面を押圧する押圧力が増大し、該ボールによる波形カム面のボール転動面の仕上げ加工及び加工硬化が迅速に行なわれることになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下本発明の実施例を図面に基いて説明する。図１は本発明の実施例を示す油圧回転装置の断面図、図２は図１のII-II断面図、図３はボールの突出作動状態を示す要部拡大断面図、図４はボールの退避状態を示す要部拡大断面図、図５は加工時間−加工硬度の関係を示す特性図である。
【０００９】
図１、図２において、１は油圧回転装置であり、インナ部材２、該インナ部材２の外周側に嵌合されて回転されるアウタ部材１５を主要部として構成される。上記インナ部材２は例えば作業機のアーム側に係止され、アウタ部材１５は該作業機のアームに回転自在に取り付けたフォークなどのアタッチメント側に係止され、該アタッチメントを回転させるようになっている。
【００１０】
上記インナ部材２は以下の如くなっている。即ち、短尺な円柱ブロックの外周部８か所に２個一組のシリンダ３を等ピッチで放射状に形成するとともに、各シリンダ３の半径方向外端を開口させる。上記各シリンダ３にピストン４を摺動可能に嵌合させ、これらを各シリンダ３内に収容した押圧ばね５（図３）により半径方向外方に押圧付勢する。上記各ピストン４の頭部４ａは半球面状のボール受け面とし、該頭部４ａにボール６を自転可能に載置する。該ボール６はシリンダ３の内面に密接して摺動可能に嵌合する径とする。１０は頭部４ａの外周部に貫通形成した小径のオイル流通路である。
【００１１】
上記頭部４ａの底部中心部に逆止弁１２を取り付ける。即ち、図３、図４に示すように、頭部４ａの底部中心部に弁孔７及び弁室８を形成し、弁室８に球状の弁体１２ａを嵌合させ、該弁体１２ａの底部に弁棒１２ｂを固定するとともに該弁棒１２ｂを上記弁孔７に貫通させてその下端部をシリンダ室３ａ内に突出させ、該突出端部にコイルバネからなる弾性体１２ｃを取り付け、該弾性体１２ｃの反力により上記弁体１２ａを常時下方（閉塞方向）に弾圧付勢する。なお、上記逆止弁１２の弁体１２ａは逆円錐状にしてもよく、また、逆止弁１２はリード弁形式としてもよい。
【００１２】
前述したアウタ部材１５は、図１、図２に示すように、短尺な円筒状に形成されて上記インナ部材２の外周部を包囲し、その外周側で円筒状のホルダ１７にベアリング１８を介して回転自在に支持される。ホルダー１７は、図１に示すように、インナ部材２の左端部に形成されたフランジ部２ａにボルト締め固定される。上記アウタ部材１５の内周部にインナ部材２側の各ボール６が転動可能な波形カム面１６を形成する。即ち、図２に示すように、ボール６の径よりも若干大きい半径となる円弧カム面１６ａを円周方向に１０個等ピッチで形成するとともに、各円弧カム面１６ａ同士を小径の円弧面で滑らかに接続する。
【００１３】
前述したインナ部材２の軸心部に芯軸２０及び該芯軸２０の外周に嵌合させた筒状のディストリビュータ２５を貫通させ、芯軸２０はインナ部材２側に一体的に連結するとともに、右端部をインナ部材２から右方に突出させ、その軸心部にドレン油路２１を、その外周部に２系統の連絡油路２２ａ，２２ｂ、つまり２個の供給用の連絡油路２２ａ、及び２個の回収用の連絡油路２２ｂを貫通形成する。上記ディストリビュータ２５はアウタ部材１５側に一体的に連結してインナ部材２に対してアウタ部材１５と共に相対回転可能とする。
【００１４】
上記インナ部材２とディストリビュータ２５との間に油圧回路２６を形成し、該油圧回路２６によってアウタ部材１５を一方向に回転させる。即ち、図１に示すように、アウタ部材１５側に各シリンダ３の底部からディストリビュータ２５の外周に向かう油孔２７を形成し、ディストリビュータ２３の外周に油圧装置の圧送路２８に接続される第１油路２９と、油圧装置の還元路３０側に接続される第２油路３１とを円周方向に交互に配列形成する。この場合、上記第１油路２９は、図３に示すように、所定のボール６ａが波形カム面１６のうちの一方の斜面１６ａに対面した際に該ボール６ａを有するシリンダ３の油孔２７と連通するように、また、上記第２油路３１は、図４に示すように、所定のボール６ｂが波形カム面１６のうちの他方の斜面１６ｃに対面した際に該ボール６ｂを有するシリンダ３の油孔２７と連通するように配列形成する。
【００１５】
前述した２系統の連絡油路２２ａ，２２ｂは、例えば、図１においてその左端部がインナ部材２に連結される作業機のアーム側の油圧源回路（図示省略）に接続され、その右端部がアウタ部材１５に連結される回転側のアタッチメントの駆動油圧回路（図示省略）に接続される。これにより、アタッチメントのつかみ動作、及び俯仰動作用の作動油が上記連絡油路２２ａ，２２ｂを介して供給されることになり、外部に露出する油圧配管が少なくなるとともに、アタッチメントの回転に干渉されなくなる。３２はアウタ部材１５の右端部に取り付けた回転継手であり、芯軸２０の右端部外周に回転自在に嵌合させ、該芯軸２０に形成した２系統の各連絡油路２２ａ，２２ｂを個別に取り出して後続のアタッチメントに接続するものである。
【００１６】
上記の如くして構成された油圧回転装置１は、図３に示すように、ディストリビュータ２５の第１油路２９から油孔２７を介して所定のシリンダ室３ａに作動油が供給されると、対応するボール６ａがピストン４を介して半径方向外方に移動し、波形カム面１６の一方の斜面１６ｂを押圧してアウタ部材１５を一方向に回転させることになる。この場合、上記シリンダ室３ａに作動油が供給されると、この部に嵌合したピストン４の逆止弁１２が開作動し、作動油の一部がピストン４の頭部４ａとボール６ａとの間、及び頭部４ａのオイル滞留部９（９ａ，９ｂ）に流入して両者間に油膜（ア）が形成され、上記ボール６ａが頭部４ａ上で円滑に自転して上記波形カム面１６の一方の斜面１６ｂに沿って円滑に転動することになる。これにより、ボール６ａが波形カム面１６上でスリップしなくなり、駆動効率が高くなるとともに、波形カム面１６の磨耗が低減して耐久性が高くなる。
【００１７】
また、上記アウタ部材１５の回転により、図４に示すように、波形カム面１６の他方の斜面１６ｃに対面するボール６ｂが該斜面１６ｃによって軸心方向に押圧される際には、ディストリビュータ２５の第２油路３１が対応するシリンダ室３ａの油孔２７と連通し、該シリンダ室３ａの作動油が第２油路３１に向けて排出されることになる。この場合、上記シリンダ室３ａの作動油の圧力が低下しており、この部に嵌合したピストン４の逆止弁１２が閉作動して該ピストン４の頭部４ａ側に存在する作動油のシリンダ室３ａ側への流動が遮断され、頭部４ａに形成された油膜（ア）が保持されることになる。これにより、前述と同様にボール６ｂが波形カム面１６上でスリップしなくなり、駆動損失が低減するとともに波形カム面１６の他方の斜面１６ｃの磨耗が低減して耐久性が高くなる。
【００１８】
また、上記逆止弁１２を弾性体１２ｃによって常時閉塞方向に付勢するようにしたので、この逆止弁１２が下向き、あるいは横向きであっても自重等によって不用意に開くことがなくなり、油圧回転装置１の向きに左右されることなく、ボール６と該ボール６を支持するピストン４の頭部４ａとの間に常時安定した油膜（ア）を形成することができる。さらに、頭部４ａに局部的に凹むオイル滞留部９を形成し、この部に作動油を滞留させて頭部４ａとボール６ａとの間に作動油が補給できるようにしたので、大きな負荷に対しても上記油膜（ア）を存続させることができる。
【００１９】
前述したアウタ部材１５の波形カム面１６は、以下の如くして表面硬化処理する。即ち、アウタ部材１５の波形カム面１６を機械切削により形成した後、仕上げ工程で油圧回路２６を作動させて油圧回転装置１を所定時間回転させ、各ボール６を前述したように波形カム面１６に沿って所定時間転動させ、該ボール６によって波形カム面１６をフラッシングするとともに、加工硬化させる。この場合、上記アウタ部材１５は加工硬化し易い金属材料、例えばＪＩＳ記号；ＳＣＭｎＨ１１、ＳＵＪ、ＳＵＳ等を機械切削により形成するとよい。
【００２０】
上記のように波形カム面１６を機械切削により形成した後、各ボール６を波形カム面１６上で転動させると、図５の特性線Ａで示すように、時間経過とともに波形カム面１６がボール６によって加圧変形されて加工硬化する。特性線Ａのａ点は波形カム面１６に必要とする表面加工硬度Ｈ２と、各ボール６の波形カム面１６上での必要な転動続行時間（加工時間）ｔ１との交点である。本例では、ＳＣＭｎＨ１１鋼材により上記アウタ部材１５を機械切削して形成し、これを仕上げ工程で上記の如く回転させ、図３、図４に示すように、その波形カム面１６の表面層１６ａ−１の硬度を当初の硬度Ｈ１（約４０ＨRＣ）から必要とする表面加工硬度Ｈ２、例えば約６０ＨRＣに加工硬化させる。
【００２１】
この場合、上記ボール６による波形カム面１６の表面硬化処理は、次のようにして行うとよい。即ち油圧回路２６を一方向に切り換えて図１に示す圧送路２８を第１油路２９に接続するとともに、還元路３０を第２油路３１に接続し、図３に示すように、ディストリビュータ２５の第１油路２９から波形カム面１６の一方の斜面１６ｂに対応するシリンダ室３ａに油孔２７を介して作動油を供給するとともに、図４に示すように、他方の斜面１６ｃに対応するシリンダ室３ａの作動油を油孔２７を介してディストリビュータ２５の第２油路２９に流出させるようにする。これにより、アウタ部材１５を矢印Ｒ（右回転）方向に回転させ、高い加圧力を有する一方側のボール６ａで上記一方の斜面１６ｂの表面層１６ａ−１を所定値に加工硬化させる。
【００２２】
次いで、油圧回路２６を他方向に切り換えて図１に示す圧送路２８を第２油路３１に接続するとともに、還元路３０を第１油路２９に接続し、図４において、ディストリビュータ２５の第２油路３１から波形カム面１６の他方の斜面１６ｃに対応するシリンダ室３ａに油孔２７を介して作動油を供給するとともに、図３において、一方の斜面１６ｂに対応するシリンダ室３ａの作動油を油孔２７を介してディストリビュータ２５の第１油路２９に流出させるようにする。これにより、アウタ部材１５を反矢印Ｒ（左回転）方向に回転させ、高い加圧力を有する他方側のボール６ｂで残りの他方の斜面１６ｃの表面層１６ａ−１を所定値に加工硬化させる。このようにすれば、波形カム面１６の一方の斜面１６ｂ及び他方の斜面１６ｃの表面層１６ａ−１が略均等の深さで加工硬化することになる。
【００２３】
また、上記アウタ部材１５を矢印Ｒ、反矢印Ｒ方向に回転させる際に、該アウタ部材側に所定の制動力を有する制動装置（図示省略）を付けて回転させるとよい。このようにすれば、ボール６が一方の斜面１６ｂ、又は他方の斜面１６ｃをより高い圧力で押圧することになり、図５の特性線Ｂの点ｂで示すように、特性線Ｂが特性線Ａに対して立ち上がり、必要とする表面加工硬度Ｈ２に達するまでの加工時間ｔ２が短縮することになる。
【００２４】
上記波形カム面１６の表面硬化処理が完了した後、油圧回転装置１を分解して波形カム面１６の表面硬さ、深さ等を検査し、規定の表面硬化を確認した後、各部品を洗浄しこれらを組み立てて油圧回転装置１を完成させ、実機（作業機）に組み付ける。
【００２５】
なお、本発明は、アウタ部材１５の内周部に半径方向内端が開口するシリンダを円周方向に所定ピッチで形成し、該シリンダに頭部が半球面状に形成されたピストンを摺動可能に嵌合させるとともに、該ピストンの頭部にボールを自転可能に設け、インナ部２の外周部に上記ボールが転動する波形カム面を設けた外駆動形の油圧回転装置にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施例を示す油圧回転装置の断面図である。
【図２】図１のII-II断面図である。
【図３】ボールの突出作動状態を示す要部拡大断面図である。
【図４】ボールの退避状態を示す要部拡大断面図である。
【図５】加工時間−加工硬度の関係を示す特性図である。
【符号の説明】
【００２７】
１    油圧回転装置
２    インナ部材
２ａ  フランジ部
３    シリンダ
３ａ  シリンダ室
４    ピストン
４ａ  頭部
５    押圧ばね
６（６ａ，６ｂ）  ボール
７    弁孔
８    弁室
１０    オイル流通路
１２    逆止弁
１２ａ  弁体
１２ｂ  弁棒
１２ｃ  弾性体
１５    アウタ部材
１６    波形カム面
１６ａ  円弧カム面
１６ａ−１  表面層
１６ｂ  一方の斜面
１６ｃ  他方の斜面
１７    ホルダ
１８    ベアリング
２０    芯軸
２１    ドレン油路
２２ａ，２２ｂ  連絡油路
２５    ディストリビュータ
２６    油圧回路
２７    油孔
２８    圧送路
２９    第１油路
３０    還元路
３１    第２油路
３２    回転継手
【図１】
2005155417.tif 000003
【図２】
2005155417.tif 000004
【図３】
2005155417.tif 000005
【図４】
2005155417.tif 000006
【図５】
2005155417.tif 000007