(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体入口(25)及び流体出口(27)を形成するハウジング(11)と、
内歯付リング部材(29)及び該内歯付リング部材(29)内に偏心して配置されてこれに対して軌道及び回転運動する外歯付スター部材(31)を含み、該外歯付スター部材(31)が中央開口(55)を形成し、前記リング部材(29)及び前記スター部材(31)の歯が互いに噛合って、前記軌道及び回転運動に応答して、拡張(35)及び収縮(37)流体容積室を形成する回転流体変位機構(15)と、
前記ハウジング(11)と協働して、前記流体入口(25)から前記拡張容積室(35)へ及び前記収縮容積室(37)から前記流体出口(27)への流体接続を提供するバルブ手段(41)と、
前記スター部材(31)の前記中央開口(55)と係合する被駆動部(59)と、前方へ延びて出力部(43)を駆動する駆動部(57)と、後方へ延びて軌道及び回転運動するブレーキ部(107)とを含む駆動軸(51)と、
前記流体変位機構(15)の後方に配置され、内部室(71)を形成し、該内部室(71)内にロックピストン(75)が第1後退位置と第2係合位置との間で移動可能配置されたエンドキャプアセンブリ(21)とを含むタイプの回転流体圧装置であって、
(a)前記エンドキャップアセンブリ(21)は、ほほ円筒状のブレーキ室(73)を形成し、前記駆動軸(51)の前記ブレーキ部(107)が軸方向に前記ブレーキ室(73)内へ延び、
(b)ほぼ円筒状のブレーキ部材(91)が前記ブレーキ室(73)内に配置されて前記駆動軸(51)の前記ブレーキ部(107)の軌道運動によって駆動され、前記ブレーキ部材(91)は、前記ロックピストン(75)が前記第2係合位置にあるとき、該ロックピストンと摩擦係合するように配置されたほぼ円形の表面(109)及び前記ロックピストン(75)が前記第2係合位置にあるとき、前記流体変位機構(15,89)と摩擦係合するように配置されたほぼ環状の表面(115)を含むことを特徴とする回転流体圧装置。
【請求項２】
前記ほぼ円筒状のブレーキ部材(91)は、前記ロックピストン(75)がその第2係合位置にあるとき、前記駆動軸(51)の前記ブレーキ部(107)の軌道運動に応答して、前記ブレーキ室によって形成されるほぼ円筒状の内周面(73)と摩擦係合する円筒状の外周面(93)を含むことを特徴とする請求項1に記載の回転流体圧装置。
【請求項３】
前記駆動軸(51)の前記ブレーキ部(107)は、前記ブレーキ部材(91)内に偏心して受入れられるスピナ部材(99)の円筒状の内周面(103)と摩擦係合する円筒状の外周面(105)を含み、これにより、前記ブレーキ部(107)の軌道運動によって前記ブレーキ部材(91)が軌道速度で回転運動することを特徴とする請求項1に記載の回転流体圧装置。
【請求項４】
前記ブレーキ部材(91)は、平坦な内表面(97)を形成し、前記スピナ部材(99)は、前記平坦な内表面(97)と係合する一組の平坦な外表面(101)を形成して、前記ブレーキ部(107)を軌道及び回転運動させることを特徴とする請求項3に記載の回転流体圧装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、回転流体圧装置、より具体的には、ジェロータギヤセットを備えた流体変位機構を含むタイプのそのような装置に関するものである。
【０００２】
本発明は、ポンプとして利用されるジェロータタイプの装置に含ませることができるが、特に、低速、高トルクジェロータモータに適用され、これとの関係において説明する。
【０００３】
【従来の技術】
長年、本発明の譲受人その他によって商業的に製造されて販売されたジェロータモータの多くは、ジェロータギヤセットの「前方に」(すなわち、モータの出力軸端の方に)モータバルブ機構が配置されており、このため、ジェロータギヤセットの「後方」には、エンドキャップ以外は何も配置されていない。本発明は、これに限定されるわけではないが、特に、この形式のジェロータモータに適用され、これとの関連において図示して説明する。
【０００４】
多くの車両に適用される低速、高トルクジェロータモータにおいては、モータが駐車ブレーキまたは駐車ロックの類を有することが望ましく、駐車ロックは、車両が停止された後にのみ係合されることを意図していることから、ある場合には、「ロック」という用語が望ましい。換言すると、そのような駐車ロック装置は、停止する車両が動いている間に係合される動的ブレーキ(dynamic brakes)として意図されていない。しかしながら、「ブレーキ」という用語は、以下、広くブレーキ及びロックの両方を含む意味で使用され、また、「ブレーキ」という用語は、完全結合または完全離脱のいずれかで作動する装置と区別することが幾分望ましい。
【０００５】
長年、当業者は、モータの出力軸上にブレーキパッケージを単に追加することによって、ジェロータモータにブレーキまたはロック装置を組込む試みを行ってきた。そのような装置の例は、米国特許第3,616,882号及び第4,981,423号に記載されている。米国特許第3,616,882号の装置では、ブレーキ要素は、ジェロータスターの前端に隣接して配置され、流体圧力によって付勢されて、これと摩擦係合する。このような構造は、クリアランスの変動等の点から、ある程度性能の不安定を伴う。また、このような構造は、モータのケーシングライナ及び前方軸受ハウジングの設計変更を必要とする。
【０００６】
米国特許第4,981,423号の装置では、「ばね付勢圧力解放」タイプの多板ブレーキアセンブリが設けられている。また、米国特許第4,981,423号の構造は、前方軸受ハウジングの全体的な設計変更を必要とし、結果として、軸受ハウジングが大型化する。加えて、このディスクパックは、出力軸にスプライン結合しているため、モータの全出力トルクを制動すなわち拘束できることが要求されるので、ディスク、ばね及び作動／解放ピストンを全て大きくする必要がある。
【０００７】
多くの公知のモータブレーキ及びロック構造においては、制動トルクの大部分が1組のブレーキディスクによって提供される。一般的に、これらのブレーキディスクは、摩擦材料の類で設けられ、この材料は、制動トルクを増大させると、実質的にブレーキディスクのコストを追加することになる。結果として、内蔵型ブレーキを有する低速高トルクジェロータモータを利用することが望ましい多くの車両適用装置が存在するが、必要な摩擦材料によって提供される一般的なブレーキディスクが高価であるため、経済的に実現可能ではない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の目的は、上述の従来技術の欠点を解消し、小型で低コストの駐車ブレーキを含むジェロータモータを提供することである。
【０００９】
本発明のより具体的な目的は、高価な摩擦タイプブレーキディスクの必要性を総体的に解消し、または、少なくとも実質的に減少させるジェロータモータ用駐車ブレーキを提供することである。
【００１０】
本発明の更なる具体的な目的は、互いに係合して制動トルクの少なくとも大部分を達成するブレーキアセンブリの数個の部材固有の摩擦を利用するジェロータ駐車ブレーキを提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記及び他の目的は、流体入口及び流体出口を形成するハウジングを含む形式の回転流体圧装置の提供によって達成される。回転流体変位機構は、内歯付リング部材及び該リング部材の中に偏心配置されて、これに対して軌道及び回転運動する外歯付スター部材を含み、このスター部材が中央開口を形成する。リング部材の歯とスター部材の歯が互いに噛合って、その軌道及び回転運動に応答する拡張及び収縮する流体容積室を形成する。バルブ手段がハウジングと協働して、流体入口から拡張する容積室へ、また、収縮する容積室から流体出口への流体接続を提供する。駆動軸は、スター部材の中央開口に係合する被駆動部分を含み、駆動部が前方へ延びて出力部を駆動し、また、ブレーキ部が後方へ延びて軌道および回転運動する。エンドキャップアセンブリが流体変位手段の後方に配置されて内部室を形成し、この内部室内にロックピストンが配置され、ロックピストンは、第1後退位置と第2係合位置との間を移動可能になっている。
【００１２】
本発明の改良された回転流体圧装置は、エンドキャップがほぼ円筒状のブレーキ室を形成し、駆動軸のブレーキ部が軸方向にブレーキ室内へ延びていることを特徴とする。ほぼ円筒状のブレーキ部材がブレーキ室内に配置されて、駆動軸のブレーキ部の軌道運動によって駆動される。このブレーキ部材は、ロックピストンが係合位置にあるとき、このロックピストンと摩擦係合するように配置されたほぼ円形の第1表面を含む。また、ブレーキ部材は、ロックピストンが係合位置にあるとき、流体変位機構と摩擦係合するように配置されたほぼ環状の第2表面を含む。
【００１３】
本発明の更に限定された特徴によれば、この改良された回転流体圧装置は、ほぼ円筒状のブレーキ部材が円筒状の外周表面を含み、ロックピストンがその係合位置にあるとき、駆動軸のブレーキ部の軌道及び回転運動に応答して、ブレーキ部材の円筒状の外周面がブレーキ室によって形成されたほぼ円筒状の内周面と摩擦係合することを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図面を参照すると、本発明の限定を意図するものではないが、図1は、本発明に係る駐車ブレーキ機構を有利に設けたタイプの低速、高トルクジェロータモータの軸方向断面図を示す。図1に示されるジェロータモータは、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第4,592,704号に記載された一般的なタイプとすることができ、この特許の内容は参考として本説明に含まれる。
【００１５】
図1のジェロータモータは、バルブハウジング部11、ポートプレート13、及び、本実施形態ではローラジェロータギヤセットである全体として符号15で示される流体エネルギ変換変位機構を備えている。このモータは、バルブハウジング部11に複数のボルト19によって気密的に結合された前方エンドキャップ17及びバルブハウジング部11に複数のボルト23によって気密的に結合された後方エンドキャップアセンブリ21を含んでいる。バルブハウジング11は、図1において破線でのみ示される流体入口ポート25及び流体出口ポート27を含んでいる。これらのポート25と27は、逆にすることもでき、これにより、モータの作動方向が逆になることが当業者には理解される。
【００１６】
引続き図1を参照して、ジェロータギヤセット15は、ボルト23(図1では1つのみ示される)が挿通された内歯付リング部材29及び外歯付スター部材31を含んでいる。リング部材29の内歯は、当該技術において公知のように、複数の円筒状のローラ33からなっている。リング部材29の内歯とスター部材31の外歯は、互いに噛合って、当該技術において公知のように、複数の拡張する容積室35及び複数の収縮する容積室37を形成する。
【００１７】
バルブハウジング部11は、スプールボア39を形成し、その中にスプールバルブ41が回転可能に配置されている。スプールバルブ41には、図1では破断されて一部のみが示される出力軸43が一体に形成されている。各容積室35及び37には、ポートプレート13に形成された開口45が流体連通され、各開口45には、バルブハウジング部11に形成された軸方向通路47が流体連通されている。各軸方向通路47は、開口49を介してスプールボア39に連通されている。また、ハウジング部11は、スプールボア39と入口ポート25及び出口ポート27との間の流体接続をそれぞれ提供する流体通路25p及び27pを形成している。
【００１８】
中空の円筒状スプールバルブ41内には、一般的に「ドッグボーン(dog bone)」軸と言われる駆動軸51が配置されている。スプールバルブ41は、1組の直線状の内側スプライン53を形成し、スター部材31は、1組の直線状の内側スプライン55を形成している。駆動軸51は、内側スプライン53に結合する1組の冠状の外側スプライン57及び内側スプライン55に結合する1組の冠状の外側スプライン59を含んでいる。これにより、スター部材31の軌道及び回転運動は、当該技術において公知のように、ドッグボーン軸51によって、出力軸43の純粋な回転運動として伝達される。
【００１９】
スプールバルブ41は、通路25pを介して入口ポート25に常時流体連通する環状溝61を形成している。同様に、スプールバルブ41は、通路27pを介して出口ポート27に常時流体連通する環状溝63を形成している。スプールバルブ41は、更に、環状溝61に連通する複数の軸方向スロット65及び環状溝63に連通する軸方向スロット67を形成している。これらの軸方向スロット65、67は、フィードスロットまたはタイミングスロットと言われることも多い。当該技術において周知のように、軸方向スロット65は、環状溝61とジェロータセット15の偏心線の一側に配置された開口49との間の流体連通を提供するのに対して、軸方向スロット67は、偏心線の他側に配置されて、環状溝63と偏心線の他側に配置された開口49との間の流体連通を提供する。スプールバルブ41の回転によって生じる軸方向スロット65及び67と開口49との間の接続バルブ動作の結果は、従来技術において公知であり、ここでは、これ以上説明しない。
【００２０】
以上に説明したモータのこれらの部分は、大体において一般的であり、当該技術において公知である。引続き主に図1を参照するが図3をも参照して、本発明の駐車ブレーキアセンブリを説明する。後方エンドキャップアセンブリ21は、比較的大きな内部室71及び比較的小さな前方内部室73を形成している。本実施形態では、これらの室71及び73の両方は、ほぼ円筒状であるが、このことは、室71に関しては、本発明の本質的な特徴ではないことが理解できるはずである。しかしながら、実際上の問題として、室73は、円筒状でなければならず、参照符号73は、以下、前方の室の円筒状の小径の内周面に対して使用される。室71内には、ほぼ円筒状のロックピストン75が配置され、このロックピストン75は、その外周面の周りに配置されて室71の内周面とシール係合するＯリングシール77を含んでいる。ロックピストン75は、前方のほぼ円形の係合表面79を含んでいる。ピストン75の後方に配置される室71は、エンドキャップ部材81によって区画され、ピストン75とエンドキャップ81との軸方向の間に、皿ばね85が配置されており、以下に詳述するように、皿ばね85がピストン75を係合位置へ向って前方(図1において左側)に付勢している。
【００２１】
引続き主に図1を参照して、ジェロータギヤセット15と後方エンドキャップ21との軸方向の間に配置されるケーシングライナ89が設けられていることに注目すべきである。いくつかの適用装置においては、ケーシングライナ89は、モータ本来の性能に対して、本質的なものとして考慮しなくてもよく、このため、これを省略して、後方エンドキャップ21がジェロータギヤセット15に直接隣接するようにしてもよい。結果として、以下に参照され、また、特許請求の範囲に参照されるように、流体変位手段(すなわち、ジェロータギヤセット)との摩擦係合は、スター部材31等のジェロータギヤセット自体の部材の1つに直接摩擦係合するか、または、隣接するケーシングライナ89に直接摩擦係合することによって、ジェロータギヤセットには間接的にのみ摩擦係合することの両方が含まれることが理解される。
【００２２】
室73内には、ほぼ円筒状のブレーキ部材91が配置されている。主に図3および図4を参照して、ブレーキ部材91は、室73の円筒状内周面と摺動可能に係合する緊密な隙間を持った円筒状の外周面93を含む。ブレーキ部材91は、一部が一対の平坦面97によって区画される内部室95を形成し、その機構は、以下に明らかにされる。室95内には、一対の平坦側面101を含むスピナ部材99が配置され、平坦側面101のそれぞれは、緊密な隙間をもって平坦面97の一方に摺動可能に係合する。これにより、スピナ部材99は、主駆動軸51の軌道及び回転運動に応答して、内部室95の中で僅かに移動することができる。
【００２３】
引続き主に図4を参照して、スピナ部材99は、円筒状内周面103を形成し、この内周面103に、主駆動軸51の後端107の円筒状外周面105が緊密な隙間をもって摺動可能に係合されている。駆動軸51の後端107は、後述するように、ジェロータモータを制動する過程に関係することから、以下に、駆動軸51の「ブレーキ部」としても参照される。ブレーキ部107の回転軸Aは、図4に示される瞬間においては、図4に示される位置にあるが、軌道及び回転ジェロータ装置の技術の当業者には公知のように、回転軸Aは、スター部材31がリング部材29内を1回軌道運動したとき、円(破線参照)を描く。
【００２４】
再度図3及び図4を参照してブレーキ部材91は、ほぼ円形の後方表面109を形成し、この後方表面109は、ロックピストン75が皿ばね85の影響によって、図3における左方の係合位置へ付勢されているときにはいつも、ロックピストン75の係合面に係合する。本実施形態では、例示に過ぎないが、内部室71のロックピストン75の前方部分は、解放室111を構成し、解放室111に所定の圧力が作用されたときにはいつも、ロックピストン75が皿ばね85の付勢力に抗して図1及び図3の右方へ付勢される。室111へ供給する油圧を提供するための特定の構造は、本発明の本質的な特徴ではない。更に、油圧によって駐車ブレーキを解除することは、本発明の本質的な特徴ではなく、本発明の範囲内において、他の手段、例えば、例示に過ぎないが、手動の機械的解除によって駐車ブレーキを解除することもできる。
【００２５】
特定の車両適用装置がチャージポンプまたは他の外部流体圧源(好ましくは、かなり一定の予測できる圧力源)を備えている場合、これを適当なバルブの制御の下で室111に接続することができる。これに対して、モータに、システムリザーバに接続され、または、内に生じる背圧(高圧)を制限する別途のケースドレンポートを設けることができ、このケースドレン領域は、当業者にはよく理解されているように、主駆動軸51の周囲の開放室である。ケース圧力がブレーキの解除に使用される場合、ブレーキ部材91に通路113を設けることができ、これにより、ケースドレン領域から解放室111への接続を許容する。
【００２６】
また、ブレーキ部材91は、ほぼ環状の前方表面115を含み、これは、図4に最もよく参照されるように、完全に円形ではなく、平坦面97の影響によって「ほぼ」円形としている。これにより、表面115は、隣接するケーシングライナ89の表面に係合する実質的な面積を表している。
【００２７】
必要なブレーキ係合力を提供するのに充分な皿ばねは、また、本質的にロックピストン75に充分な回転抵抗をも作用させて、ブレーキが係合されたとき、ロックピストン75が回転しないようにする。ロックピストン75が回転しないことの重要性は、後で明らかになる。
【００２８】
通常の作動状態下において、例えば、モータが車両を推進しているとき、ブレーキを解除することが必要である。前述のように、解放室111を加圧することによって、ブレーキを解除することができる。解放室111が加圧されたとき、ロックピストン75は、皿ばね85の力に抗して、図1に示す位置から幾分右方へ移動して、ピストン75がブレーキ部材91に軸方向の力を作用させないようにする。このような解除状態においては、駆動軸51のブレーキ部107が軌道および回転運動すると、そのような軌道運動は、室73内のブレーキ部材91の回転に変換される。表面73及び93の摺動可能な係合及び表面103及び105の摺動可能な係合は、結果として、これらの表面のそれぞれに設けられた径方向の隙間によって、機械的効率の低下を小さくする。
【００２９】
ブレーキの係合が要求された場合、解放室111がタンクにドレンされて、皿ばね85がロックピストン75を前方(図1及び図3において左方)の係合状態へ付勢して、ロックピストン75に対して所定の軸方向力F1を作用させ、そして、その力をロックピストン75によって、ブレーキ部材91に作用させ、環状表面115を付勢してケーシングライナ89に係合させる。前述したように、係合状態では、ロックピストン75は、回転せず、ブレーキ部材91の円形表面109がロックピストン75の静止した係合表面79と摩擦係合する。また、同時に、ブレーキ部材91の環状表面115が静止した表面、すなわち、ケーシングライナ89の隣接する表面と係合する。
【００３０】
本発明の1つの特徴によれば、本発明のブレーキ構造に関連して、4つの別々の制動トルク源が存在する。これら別々の制動トルク源のそれぞれは、以下、T1、T2、T3及びT4として識別し、別々に説明するが、総制動トルクTは、4つの個々の制動トルクの合計であることが分かる。
【００３１】
制動トルクT1は、係合表面79と円形表面109との係合の結果であり、次式によって決定される。
T1＝F1×R1×6×μ1
ここで、R1は、円形表面109の直径の1／4に等しく、μ1は、表面79と109との係合面における静止摩擦係数であり、また、6は、主駆動軸51の回転当りのブレーキ部107の軌道周回数に等しい。
【００３２】
制動トルクT2は、ほぼ環状の表面115と隣接するケーシングライナ89の表面との係合面に生じるものであり、次式によって計算される。
T2＝F1×R2×6×μ2
ここで、R2は、表面115と隣接するケーシングライナ89との係合面積の有効直径の1／4に等しく、μ2は、表面115とケーシングライナ89との係合面における静止摩擦係数に等しい。
【００３３】
制動トルクT3は、内部室表面73と円筒状外周面93との係合に関連し、次式によって決定される。
T3＝((T1＋T2)／e)×μ3×6×D3／2
ここで、eは、ブレーキ部107の回転軸Aの偏心に等しく、μ3は、表面73と93との係合面の静止摩擦係数に等しく、また、D3は、表面93の直径に等しい。
【００３４】
制動トルクT4は、内側表面103と外側円筒状表面105との係合に関連し、次式によって決定される。
T4＝((T1＋T2)／e)×μ4×7×D4／2
ここで、μ4は、表面103と105との係合面における静止摩擦係数に等しく、7は、主駆動軸51の回転当りのブレーキ部107の軌道周回数に1を加えたもの等しく、また、D4は、表面105の直径に等しい。
【００３５】
本実施形態においては、例示に過ぎないが、制動トルクT1及びT2の合計は、総制動トルクのほぼ90％に等しいのに対して、制動トルクT3は、全体の約8％に等しく、また、制動トルクT4は、全体の約2％に等しい。総制動トルクに対して、制動トルクT3とT4との和が高すぎる、すなわち、高くなりすぎると、機構がそれ自身で作動する、すなわち、「セルフロック」する傾向があることが本発明の開発に関連して分かっており、「セルフロック」が望ましくないことは、車両ブレーキ技術の当業者には分かっている。
【００３６】
本実施形態においては、例示に過ぎないが、ブレーキ部材91の円形表面109は、ロックピストン75の係合表面79と直接摩擦係合している。以下の記載及び特許請求の範囲に示されるように、この摩擦係合は、ここに示される直接係合と同様に、表面79と109との間に何らかの部材の類が挿入された間接的な係合をも含むことが理解される。同様に、表面115とケーシングライナ89との間に何らかの部材の類を挿入することもできる。ここに記載された構造とともに、制動トルク容量を増大させるために、1またはそれ以上の摩擦ディスクを追加して利用することも本発明の範囲に含まれる。どんな制動トルク容量が要求されたとしても、本発明のブレーキ構造は、低コストで、よりコンパクトなパッケージで、その容量の少なくとも一部を提供することが当業者には認められる。このことは、本発明が軌道運動するブレーキ部107の利点を採用し、その結果、ブレーキ部材91が軌道速度で回転し、これにより、一定の制動トルクを達成するために必要な係合面積及びこれに垂直な方向の力(F1)を効果的に減少させるという事実によって、確実になる。
【００３７】
以上に本発明を詳細に説明してきたが、本明細書を読んで理解することによって、当業者には本発明の様々な変更及び修正が明らかになるであろう。全てのそのような変更及び修正は、特許請求の範囲から逸脱しない限り、本発明に含まれるものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従って製造された駐車ブレーキを含むジェロータモータの軸方向断面図である。
【図２】図1の2-2線によるほぼ同縮尺の縦断面図である。
【図３】図1に示す本発明の装置の駐車ブレーキの要部を拡大して示す図である。
【図４】図３に示す本発明の装置の駐車ブレーキのほぼ同縮尺の縦断面図である。
【符号の説明】
11  ハウジング
15  ジェロータギヤセット
21  エンドキャップアセンブリ
25  流体入口
27  流体出口
29  リング部材
31  スター部材
35  拡張流体容積室
37  収縮流体容積室
41  スプールバルブ
43  出力軸
51  駆動軸
75  ロックピストン
73  ブレーキ室
91  ブレーキ部材
99  スピナ部材
【図１】
0004538770.tif 000002
【図２】
0004538770.tif 000003
【図３】
0004538770.tif 000004
【図４】
0004538770.tif 000005