(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された信号に応じて回転軸を回転させる電動機と、
作動油の圧力により出力軸を回転させる油圧駆動手段と、
前記回転軸に連結された第一軸と、
該第一軸にネジ結合され、外周に外歯を形成した筒状の第二軸と、
外周に外歯を形成して前記第二軸の外歯と歯合し、前記出力軸に連結された第三軸と、
スプールを軸線方向に移動させて前記油圧駆動手段に対する作動油の供給量及び排出量を制御するスプール弁と、
を備え、
前記スプールが前記第二軸に連動することにより、前記回転軸と出力軸との回転数の差に応じて該出力軸を回転させる電気油圧サーボモータにおいて、
前記スプールが軸線方向に延在した長溝を形成し、
前記第二軸が、前記長溝内に挿入され、前記スプールの軸線方向と前記第二軸の軸線方向とが平行であるように前記スプールに係合保持され、
前記第二軸と前記第三軸との軸線が直交するとともに、前記回転軸と前記出力軸との軸線が直交することを特徴とする電気油圧サーボモータ。
【請求項２】
前記長溝が前記スプールの軸線方向中間部分に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の電気油圧サーボモータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、油圧ショベル、クレーン、アスファルトフィニッシャ及び工作機械など（以下、単に外部装置という。）に用いられる電気油圧サーボモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電気油圧サーボモータにおいては、図５及び６に示すように、出力軸２が軸受３及び４によりケーシング１に回転自在に支持されている。ケーシング１の内壁には弁板９が固着され、出力軸２の周部にはシリンダブロック７が固定されている。シリンダブロック７には複数の圧力室７ａが形成され、圧力室７ａにはピストン８がそれぞれ収納されており、ピストン８は圧力室７ａに導入される作動油の油圧により軸線方向に往復運動するようになっている。
【０００３】
出力軸２の先端側のケーシング１の内壁には、弁板９に対向して所定角度に傾斜した斜板６が固着され、ピストン８の先端部が斜板６を押圧摺動するとともに、シリンダブロック７が弁板９に摺動し、出力軸２及びシリンダブロック７が共に回転するようになっている。
【０００４】
ケーシング１には、軸線方向に移動するスプール弁１１が設けられ、スプール弁１１の先端部及び後端部にはそれぞれねじ部材１２及び歯車１３が固着されている。また、ケーシング１には、パルスモータ１４が装着され、パルスモータ１４の回転軸１５はケーシング１に回転自在に支持されている。回転軸１５の回転力は、歯車１６、歯車１３を介しスプール弁１１に伝達され、出力軸２の回転力は、ねじ部材１０、ねじ部材１２を介しスプール弁１１に伝達されるようになっている。スプール弁１１は、回転により排油路１ａ、給油路１ｂ及び連通路１ｃ、１ｄを連通するようになっている。
【０００５】
また、従来の電気油圧サーボモータでは、出力軸２、スプール弁１１及びパルスモータ１４が同一軸線上に配置されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の電気油圧サーボモータでは、出力軸２、スプール弁１１及びパルスモータ１４が同一軸線上に配置されているため、全長が長くなり、他の機械などへの納まりが悪いという問題点があった。
【０００７】
そこで、本発明は、小型な電気油圧サーボモータを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の電気油圧サーボモータは、入力された信号に応じて回転軸を回転させる電動機と、作動油の圧力により出力軸を回転させる油圧駆動手段と、前記回転軸に連結された第一軸と、該第一軸にネジ結合され、外周に外歯を形成した筒状の第二軸と、外周に外歯を形成して前記第二軸の外歯と歯合し、前記出力軸に連結された第三軸と、スプールを軸線方向に移動させて前記油圧駆動手段に対する作動油の供給量及び排出量を制御するスプール弁と、を備え、前記スプールが前記第二軸に連動することにより、前記回転軸と出力軸との回転数の差に応じて該出力軸を回転させる電気油圧サーボモータにおいて、前記スプールが軸線方向に延在した長溝を形成し、前記第二軸が、前記長溝内に挿入され、前記スプールの軸線方向と前記第二軸の軸線方向とが平行であるように前記スプールに係合保持され、前記第二軸と前記第三軸との軸線が直交するとともに、前記回転軸と前記出力軸との軸線が直交することを特徴とする。
【００１０】
請求項１に記載の発明によれば、入力信号に応じ回転する電動機の回転軸に連結された第一軸とスプール弁のスプールを連動させる筒状の第二軸とがネジ結合され、出力軸に連結された第三軸がこの第二軸の外歯に歯合し、前記第二軸と前記第三軸との軸線が直交するとともに、前記回転軸と前記出力軸との軸線が直交する。したがって、出力軸、スプール弁及び電動機回転軸を同一軸線上に配置する場合に比べて、電気油圧サーボモータの全長が大幅に短くなり、電気油圧サーボモータを小型化することができる。また、第二軸がスプールの長溝内に挿入されることによりスプールに係合保持されるので、スプールは第二軸に高応答で追従し、電気油圧サーボモータはスプールを正確に制御することができる。更に、部品数を少なくすることができるので、電気油圧サーボモータを小型化することができる。
【００１１】
なお、この発明の電気油圧サーボモータにおいては、前記スプールの軸を中心とした回転を防止するスプール回転防止手段を備えているのが好ましい。また、前記第二軸が、前記長溝内に挿入されるとともに一対の軸受手段を介して前記スプールに係合保持され、前記一対の軸受手段により、前記第二軸が軸線方向に移動したときに前記スプールが軸線方向に移動するようにし、前記第二軸が軸を中心に回転したとき前記スプールの軸を中心とした回転が防止されるようにするのが好ましい。
【００１２】
請求項２に記載の電気油圧サーボモータは、前記長溝が前記スプールの軸線方向中間部分に形成されたことを特徴とする。この電気油圧サーボモータによれば、電気油圧サーボモータをより小型化することができる。
【００１３】
なお、本発明にいう「軸線が直交する」は、厳密な直角をなした軸線の交差のみならず、電気油圧サーボモータの小型化のために、直角に近い所定の角度（交差角度）をなすようにした軸配置を包む意である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１５】
まず、本実施形態に係る電気油圧サーボモータの構成について説明する。
【００１６】
図１〜４において、電気油圧サーボモータ１００は、カップ状の第１ケーシング３０と、第１ケーシング３０にボルト３２により締結固定された第２ケーシング３１と、を有している。また、第１ケーシング３０には、電気油圧サーボモータ１００を図示していない外部装置に締結固定する際、ボルトがねじ込められるボルト孔３３が形成されており、第２ケーシング３１には、給油路３１ａ、連通路３１ｂ、連通路３１ｃ及び排油路３１ｄが形成されている。
【００１７】
第２ケーシング３１の外側壁には、入力された信号に応じて回転軸４１を回転させる電動機としてのパルスモータ４０が装着されている。パルスモータ４０の回転軸４１には、外周に雄ネジ５１ａを形成した第一軸としての駆動軸５１が回転方向一体に連結されている。なお、本実施形態においては、回転軸４１と駆動軸５１とは一部品から構成されているが、本発明においては、回転軸４１と駆動軸５１とが別々の部品から構成されていてもよい。また、３７は作動油がパルスモータ本体４２に流出することを防止するキャップカバーである。
【００１８】
駆動軸５１には、内周に雌ネジ５２ａを形成し、外周に外歯５２ｂを形成した筒状の第二軸としての第一はすば歯車５２が、駆動軸５１の雄ネジ５１ａが第一はすば歯車５２の雌ネジ５２ａに螺合することによって結合されている。第一はすば歯車５２には、外周に外歯５３ａを形成した第三軸としての第二はすば歯車５３が、第一はすば歯車５２の外歯５２ｂが第二はすば歯車５３の外歯５３ａに歯合することによって、第一はすば歯車５２の軸線と第二はすば歯車５３の軸線とが互いに直交するように結合されている。
【００１９】
第二はすば歯車５３の一端部には、後述する油圧駆動手段としての油圧モータ６０の出力軸６１の一端部が、連結部材５４を介して回転方向一体に連結されている。また、第二はすば歯車５３の他端部は、第２ケーシング３１に装着されたキャップカバー３４に回転可能に支持されている。なお、本実施形態においては、第二はすば歯車５３と出力軸６１とは別々の部品から構成されているが、本発明においては、第二はすば歯車５３と出力軸６１とが一部品から構成されていてもよい。
【００２０】
なお、雄ネジ５１ａ、雌ネジ５２ａ、外歯５２ｂ及び外歯５３ａの形状は、駆動軸５１と第二はすば歯車５３との回転数に差が生じたとき、駆動軸５１と第二はすば歯車５３との回転数の差に応じて、第一はすば歯車５２が軸を中心に回転しながら軸線方向に移動するように決定されている。
【００２１】
また、油圧モータ６０は、軸受６８と軸受６９とにより第１ケーシング３０と第２ケーシング３１とに回転自在に支持され、スプリング６７の付勢力によって他端部側に付勢された出力軸６１と、第２ケーシング３１の側壁に固着され、連通路３１ｂ及び連通路３１ｃにそれぞれ連通する複数の円弧孔６２ａが円周方向に等間隔離れた位置に形成された弁板６２と、スプリング６７の付勢力によって弁板６２に摺動可能に係合され、出力軸６１の周部に出力軸６１と回転方向一体に固定され、出力軸６１の軸線と平行な軸線を有する複数の圧力室６３ａが円周方向に等間隔離れた位置に形成されたシリンダブロック６３と、シリンダブロック６３の圧力室６３ａ内に軸線方向に摺動可能に収納され、先端にほぼ球形状の先端部６４ａが形成された複数のピストン６４と、ピストン６４の先端部６４ａが転動可能に係合したシュー部材６５と、シュー部材６５が摺動可能に係合し、出力軸６１に対して所定角度で傾斜する斜面６６ａを有し、第１ケーシング３０の内壁に固着された斜板６６と、から構成されている。
【００２２】
なお、第１ケーシング３０の外側に突出した出力軸６１には、図示していない外部装置の駆動部に連結され、該駆動部に回転力が伝達されるようになっている。
【００２３】
また、スプール弁７０は、スプール７１と、第２ケーシング３１と、から構成されている。
【００２４】
スプール７１は、一対の軸受手段としての軸受５５及び軸受５６を介して第一はすば歯車５２に連結されている。ここで、スプール７１は、スプール回転防止手段としてのキー３５を介して第２ケーシング３１に装着されたキャップカバー３６に摺動可能に係合されている。したがって、スプール７１は、軸を中心に回転しないようになっている。
【００２５】
なお、軸受５５及び軸受５６はスラストブッシュから構成されている。
【００２６】
また、スプール７１の軸線方向中間部分の外周部には、軸線方向に延在した長溝７１ｃが形成されている。第一はすば歯車５２は、長溝７１ｃ内に挿入され、スプール７１の軸線方向と第一はすば歯車５２の軸線方向とが平行であるようにスプール７１に係合保持されている。
【００２７】
更に、スプール７１の外周部には、第２ケーシング３１の給油路３１ａ及び排油路３１ｄをそれぞれ連通路３１ｂ又は３１ｃに連通する環状溝７１ａ及び環状溝７１ｂがそれぞれ形成されている。
【００２８】
次に、電気油圧サーボモータ１００の作用について説明する。
【００２９】
電気油圧サーボモータ１００は、回転軸４１と出力軸６１との回転数に差が生じたとき、回転軸４１と出力軸６１との回転数の差に応じて出力軸６１を回転させる。
【００３０】
以下、電気油圧サーボモータ１００が、回転軸４１と出力軸６１との回転数に差が生じたとき、回転軸４１と出力軸６１との回転数の差に応じて出力軸６１を回転させる作用について説明する。
【００３１】
回転軸４１には駆動軸５１が回転方向一体に連結されているので、回転軸４１の回転数は駆動軸５１の回転数に等しく、出力軸６１には第二はすば歯車５３が連結部材５４を介して回転方向一体に連結されているので、出力軸６１の回転数は第二はすば歯車５３の回転数に等しい。
【００３２】
したがって、回転軸４１と出力軸６１との回転数に差が生じると、駆動軸５１と第二はすば歯車５３との回転数にも差が生じる。
【００３３】
駆動軸５１と第二はすば歯車５３との回転数に差が生じると、前述したように、駆動軸５１と第二はすば歯車５３との回転数の差に応じて、第一はすば歯車５２は軸を中心に回転しながら軸線方向に移動する。
【００３４】
第一はすば歯車５２が軸を中心に回転しながら軸線方向に移動すると、スプール７１は軸受５５及び軸受５６を介して第一はすば歯車５２に連結されているので、スプール７１も第一はすば歯車５２に連動して軸線方向に移動する。スプール７１が第一はすば歯車５２に連動して軸線方向に移動すると、スプール７１の外周部には第２ケーシング３１の給油路３１ａ及び排油路３１ｄをそれぞれ連通路３１ｂ又は３１ｃに連通する環状溝７１ａ及び環状溝７１ｂが形成されているので、給油路３１ａ、連通路３１ｂ、連通路３１ｃ及び排油路３１ｄを流通する作動油の流量が変化する。
【００３５】
給油路３１ａ、連通路３１ｂ、連通路３１ｃ及び排油路３１ｄを流通する作動油の流量が変化すると、連通路３１ｂ及び連通路３１ｃは、弁板６２に形成された複数の円弧孔６２ａを介してシリンダブロック６３に形成された複数の圧力室６３ａに連通しているので、複数の圧力室６３ａにそれぞれ流出する作動油の流量が変化する。複数の圧力室６３ａにそれぞれ流出する作動油の流量が変化すると、シリンダブロック６３の圧力室６３ａ内にはピストン６４が摺動可能に収納されているので、ピストン６４は複数の圧力室６３ａに流出する作動油の圧力に応じて軸線方向に摺動する。ピストン６４が軸線方向に摺動すると、ピストン６４の先端部６４ａはシュー部材６５に転動可能に係合していて、シュー部材６５は斜板６６の斜面６６ａに摺動可能に係合しているので、ピストン６４はシュー部材６５を介して斜板６６の斜面６６ａを押圧する。ピストン６４がシュー部材６５を介して斜板６６の斜面６６ａを押圧すると、ピストン６４が斜板６６の斜面６６ａを押圧する力の反力により、シリンダブロック６３は軸を中心に回転する。
【００３６】
シリンダブロック６３が軸を中心に回転すると、連通路３１ｂ及び連通路３１ｃが、弁板６２に形成された複数の円弧孔６２ａを介して連通するシリンダブロック６３に形成された圧力室６３ａは変化する。連通路３１ｂ及び連通路３１ｃが弁板６２に形成された複数の円弧孔６２ａを介して連通するシリンダブロック６３に形成された圧力室６３ａは変化すると、複数の圧力室６３ａにそれぞれ流出する作動油の流量は変化する。複数の圧力室６３ａにそれぞれ流出する作動油の流量が変化すると、上述したように、シリンダブロック６３は軸を中心に再び回転する。
【００３７】
したがって、給油路３１ａ、連通路３１ｂ、連通路３１ｃ及び排油路３１ｄを流通する作動油の流量が変化すると、シリンダブロック６３は、給油路３１ａ、連通路３１ｂ、連通路３１ｃ及び排油路３１ｄを流通する作動油の流量に応じた回転方向及び回転速度で軸を中心に回転する。
【００３８】
シリンダブロック６３が、給油路３１ａ、連通路３１ｂ、連通路３１ｃ及び排油路３１ｄを流通する作動油の流量に応じた回転方向及び回転速度で軸を中心に回転すると、シリンダブロック６３は出力軸６１の周部に出力軸６１と回転方向一体に固定されているので、出力軸６１も給油路３１ａ、連通路３１ｂ、連通路３１ｃ及び排油路３１ｄを流通する作動油の流量に応じた回転方向及び回転速度で軸を中心に回転する。
【００３９】
ここで、駆動軸５１と第二はすば歯車５３との回転数に差が生じたとき、第一はすば歯車５２が軸を中心に回転しながら軸線方向に移動する方向は、雄ネジ５１ａ、雌ネジ５２ａ、外歯５３ａ及び外歯５２ｂの形状によって決定することができる。すなわち、雄ネジ５１ａ、雌ネジ５２ａ、外歯５３ａ及び外歯５２ｂの形状によって、駆動軸５１と第二はすば歯車５３との回転数に差が生じたとき、駆動軸５１と第二はすば歯車５３との回転数の差に応じて出力軸６１が回転する回転方向及び回転速度を決定することができる。
【００４０】
したがって、雄ネジ５１ａ、雌ネジ５２ａ、外歯５３ａ及び外歯５２ｂの形状を決定することによって、駆動軸５１と第二はすば歯車５３との回転数に差が生じたとき、すなわち、回転軸４１と出力軸６１との回転数に差が生じたとき、回転軸４１と出力軸６１との回転数の差が減少するように、出力軸６１を回転させることができる。
【００４１】
以上のようにして、電気油圧サーボモータ１００は、回転軸４１と出力軸６１との回転数に差が生じたとき、回転軸４１と出力軸６１との回転数の差に応じて出力軸６１を回転させる。
【００４２】
なお、キー３５は、スプール７１が軸を中心に回転することを防止しており、スプール７１が軸を中心に回転して第二はすば歯車５３に衝突することにより、スプール７１又は第二はすば歯車５３が破損することを防いでいる。
【００４３】
また、本実施形態においては、第二軸と第三軸とをはすば歯車としたが、本発明においては、はすば歯車でなくてもよい。例えば、他の伝動歯車やウォームねじ及びウォームホイール等を用いて第二軸と第三軸との間に所定の速度比を設定することもできる。第二軸と第三軸との間に所定の速度比を設定した場合、出力軸６１の回転数が第二軸及び第三軸により減速されるので、第二軸の回転数は出力軸６１の回転数より小さくできる。したがって、パルスモータ４０を低容量化することができ、電気油圧サーボモータ１００を小型化することができる。
【００４４】
また、本実施形態においては、軸受５５及び軸受５６はスラストブッシュから構成されているが、本発明においては、第一はすば歯車５２が軸線方向に移動したときスプール７１を軸線方向に移動させ、第一はすば歯車５２が軸を中心に回転したときスプール７１の軸を中心とした回転を防止するものであればスラストブッシュに限らず他の部材から構成されていてもよい。
【００４５】
なお、本実施形態においては、第一はすば歯車５２の軸線と第二はすば歯車５３の軸線とが互いに直交するように結合されているため、回転軸４１の軸線と出力軸６１の軸線も互いに直交するように結合されているが、本発明においては、回転軸４１の軸線の延長線と出力軸６１の軸線の延長線とが、他の所定の角度を保つようにして配置されていてもよい。
【００４６】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、回転軸と出力軸との軸線が互いに同一線上である必要がなくなり、電気油圧サーボモータの全長を短くすることができるので、電気油圧サーボモータを小型化することができる。また、第二軸がスプールの長溝内に挿入されることによりスプールに係合保持されるので、スプールは第二軸に高応答で追従し、電気油圧サーボモータはスプールを正確に制御することができる。更に、部品数を少なくすることができるので、電気油圧サーボモータを小型化することができる。
【００４８】
また、請求項２に記載の発明によれば、第二軸を収納する長溝スプールの軸線方向中間部分に形成するので、電気油圧サーボモータをより小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る電気油圧サーボモータの側面断面図である。
【図２】図１のＢ−Ｂ矢視断面図である。
【図３】図１に示す電気油圧サーボモータの概略構成図である。
【図４】図１に示す電気油圧サーボモータの要部斜視図である。
【図５】図１に示す電動機周辺の正面図である。
【図６】従来の電気油圧サーボモータの側面断面図である。
【図７】図６のＡ−Ａ矢視断面図である。
【符号の説明】
３５ キー（スプール回転防止手段）
４０ パルスモータ（電動機）
４１ 回転軸
５１ 駆動軸（第一軸）
５２ｂ 外歯
５２ 第一はすば歯車（第二軸）
５３ａ 外歯
５３ 第二はすば歯車（第三軸）
５５、５６ 軸受（一対の軸受手段）
６１ 出力軸
６０ 油圧モータ（油圧駆動手段）
７０ スプール弁
７１ スプール
７１ｃ 長溝
１００ 電気油圧サーボモータ
【図１】
0003880755.tif 000002
【図２】
0003880755.tif 000003
【図３】
0003880755.tif 000004
【図４】
0003880755.tif 000005
【図５】
0003880755.tif 000006
【図６】
0003880755.tif 000007
【図７】
0003880755.tif 000008