(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の部材に結合する外筒部材と、他方の部材に結合する内筒部材を抱き合わせ、相対的に回転させる２部材の回転結合装置において、前記外筒部材は、断面コの字形フレームの円形内周面に形成した複数の凹状円弧面からなる凹凸摺接面と；外筒部材の中心部内側に向けて一体回転可能に突設させた円柱体の外周面軸方向に、前記各凹状円弧面の一方の傾斜面と他方の傾斜面に対応する各一対の分配路群を形成したディストリビュータと；を具備するとともに、前記内筒部材は、中心部に前記外筒部材のディストリビュータを受け入れる円形凹部を形成した円盤ブロックと；この円盤ブロック中心部の円形凹部から円盤ブロック外側に連通させた作動油通路の先端チャンバに摺動可能の受け部材に支持された球体を遊嵌し、円盤ブロック縁辺から押し出された球体頭部が、前記外筒部材の凹状円弧面に摺接して出没するようにして円盤ブロックの肉厚内部径方向に放射状に内臓させた複数のピストン部材と；内筒部材を通して、前記ディストリビュータの各凹状円弧面に対応する各一対の分配路の一方の配路群に連通させた油圧供給回路と；内筒部材を通して、前記ディストリビュータの各凹状円弧面に対応する各一対の分配路の他方の分配路群に連通させた作動油回収回路と；を具備し、さらに、前記外筒部材が円形内周面の先端側に球体押し戻しリングを有し、外筒部材と内筒部材の嵌合の際に、球体が押し戻しリングによって円盤ブロックの先端チャンバに押し戻されるようにしたことを特徴とする部材の回転連結装置
【請求項２】
内筒部材の円盤ブロック半径方向に複数段のピストン部材群を設けるとともに、外筒部材の円形内周面に、前記複数段のピストン部材の球体に対応する所定長さの凹状円弧面群の凹凸摺接面を形成したことを特徴とする請求項１記載の部材の回転連結装置
【請求項３】
外筒部材の凹状円弧面と内筒部材のピストン部材の位置関係が、常に、少なくとも２組のピストン部材がいずれかの凹状円弧面の一方の傾斜面に位置をずらせて摺接すると同時に、少なくとも他の１組のピストン部材がいずれかの他方の傾斜面に摺接するように配設されていることを特徴とする請求項１又は２記載の部材の回転連結装置
【請求項４】
ディストリビュータを含む外筒部材と内筒部材の軸芯に、前記油圧供給回路及び作動油回収回路とは別系統のスイベル油圧回路を貫設したことをさらに特徴とする請求項１、２又は３記載の部材の回転連結装置
【発明の詳細な説明】
【００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、向き合わせて回転可能に結合した相対する部材を相対的に回転させる２部材の回転連結装置に関する。
【００２】
【従来の技術】
作業機のアームにフォークなどのアタッチメントを回転可能に取付ける場合、２部材の結合部に回転連結装置を介装し、回転連結装置の一側にアームを結合し、他側にアタッチメントを結合している。
【００３】
この種の回転連結機構には相対する２部材の一方の当接平面に、複数の凹形円弧面を円形に連続させた摺接面を形成するとともに、他方の部材の内部軸方向に前記摺接面に対向する複数のピストン部材を設け、油圧で出没するピストン部材の球体を円弧面の傾斜面に押当てて相対する部材に相対的な回転力を付与するようにしたものがある。
【００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のこの種の回転連結機構はピストン部材が、部材の軸方向に配置されているため、ピストン部材のストロークを確保する必要から連結機構の軸方向寸法が長くなり、小型化できないという問題があった。
また、同じ理由でピストン部材とこれを受ける円弧面は一段しか組み込むことができないので、強いトルクの回転力を得ることができなかった。
【００５】
さらに、上記の回転連結機構はピストンの押圧力が、２部材を引き離す方向へ働くので２部材を抱き合わせ係合するベアリングなどの係合部材に過大な負荷がかかり、トラブルの原因になっていた。
【００６】
従って、本発明の第１の目的は、コンパクトに小型化することができ、且つ、部材間に無理な力がかからないの回転連結装置を提供することにある。
【００７】
本発明の第２の目的は、体積をほとんど増加させずに大きな回転トルクを得ることができる上記回転連結装置を提供することにある。
【００８】
本発明の第３の目的は、組付けが容易な上記回転連結装置を提供することにある。
【００９】
本発明の第４の目的は、中心軸を通して回転連結装置の前方の部材に別系統の作動油を供給・回収することができる前記回転連結装置を提供することにある。
【０１０】
【課題を解決するための手段】
上記第１の目的を達成するために、本発明は、一方の部材に結合する外筒部材と、他方の部材に結合する内筒部材を抱き合わせ、相対的に回転させる２部材の回転結合装置において、前記外筒部材は、断面コの字形フレームの円形内周面に形成した複数の凹状円弧面からなる凹凸摺接面と；外筒部材の中心部内側に向けて一体回転可能に突設させた円柱体の外周面軸方向に、前記各凹状円弧面の一方の傾斜面と他方の傾斜面に対応する各一対の分配路群を形成したディストリビュータと；を具備するとともに、前記内筒部材は、中心部に前記外筒部材のディストリビュータを受け入れる円形凹部を形成した円盤ブロックと；この円盤ブロック中心部の円形凹部から円盤ブロック外側に連通させた作動油通路の先端チャンバに摺動可能の受け部材に支持された球体を遊嵌し、円盤ブロック縁辺から押し出された球体頭部が、前記外筒部材の凹状円弧面に摺接して出没するようにして円盤ブロックの肉厚内部径方向に放射状に内臓させた複数のピストン部材と；内筒部材を通して、前記ディストリビュータの各凹状円弧面に対応する各一対の分配路の一方の配路群に連通させた油圧供給回路と；内筒部材を通して、前記ディストリビュータの各凹状円弧面に対応する各一対の分配路の他方の分配路群に連通させた作動油回収回路と；を具備し、さらに、前記外筒部材が円形内周面の先端側に球体押し戻しリングを有し、外筒部材と内筒部材の嵌合の際に、球体が押し戻しリングによって円盤ブロックの先端チャンバに押し戻されるようにしたことを特徴とする。
【０１１】
上記第２の目的を達成するための本発明は、上記の回転連結装置において、さらに、内筒部材の円盤ブロック半径方向に複数段のピストン部材群を設けるとともに、外筒部材の円形内周面に、前記複数段のピストン部材の球体に対応する所定長さの凹状円弧面群の凹凸摺接面を形成したことを特徴とする。
【０１２】
いずれの場合も、外筒部材の凹状円弧面と内筒部材のピストン部材の位置関係が、常に、少なくとも２組のピストン部材がいずれかの凹状円弧面の一方の傾斜面に位置をずらせて摺接すると同時に、少なくとも他の１組のピストン部材がいずれかの他方の傾斜面に摺接するように配設する。
【０１３】
上記第３の目的を達成するための本発明は、上記の回転連結装置において、さらに、前記外筒部材が円形内周面の先端側に球体押し戻しリングを有し、外筒部材と内筒部材の嵌合の際に、球体が押し戻しリングによって円盤ブロックの先端チャンバに押し戻されるようにしたことを特徴とする。
【０１４】
上記第４の目的を達成するための本発明は、上記の回転連結装置において、ディストリビュータを含む外筒部材と内筒部材の軸芯に、前記油圧供給回路及び作動油回収回路とは別系統のスイベル油圧回路を貫設したことをさらに特徴とする。
【０１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。
図のように本発明の回転連結装置１は、外筒部材２と、外筒部材２と一体に結合され、作動油の供給と回収を制御するデイストリビュータ９と、前記外筒部材２に回転可能に抱き合わせた内筒部材３と、内筒部材３に内臓させた複数のピストン部材４と、ピストン部材４に作動油を供給する油圧供給回路５と、ピストン部材４から戻る作動油を回収する作動油回収回路６を必須の構成部材として備えている。
【０１６】
外筒部材２は、図１乃至図３に示すように、断面がコの字形の円筒フレーム７を有し、円筒フレーム７の円形内周面に、複数の凹状円弧面８を波形に連続させた凹凸摺接面を有している。
【０１７】
また、前記外筒部材２は、中心部から内側へ向けて円柱型のディストリビュータ９を一体回転可能に突設させてある。
図３及び図４に示すように、このディストリビュータ９は外周面の軸方向に、前記の各々の凹状円弧面８の一方の傾斜面８ａに対応させた一方の分配路１０ａと他方の傾斜面８ｂに対応させた他方の分配路１０ｂからなる複数対の分配路１０ａ、１０ｂを交互に形成してある。
【０１８】
図の実施例は、外筒部材２の円筒フレーム７の円形内周面に１０個の凹状円弧面８を３６°の等間隔で放射状に配設し、ディストリビュータ９の外周面に、各凹状円弧面８の一方の傾斜面８ａに対応する一方の分配路１０ａと他方の傾斜面８ｂに対応する他方の分配路１０ｂが１６°の間隔で形成してある。
従って、ディストリビュータ９の外周全面には１０個の一方の分配路１０ａと１０個の他方の分配路１０ｂの合計２０個が交互に１６°の間隔で放射状に配設されている。
【０１９】
内筒部材３は、図１、図２のように、中央部に前記外筒部材２の円筒フレーム７内に押入される円盤ブロック１１を一体に有するとともに、この円盤ブロック１１の中心部に外筒部材２のディストリビュータ９を受入れる円形凹部を形成してあり、円柱ディストリビュータ９を中心部の円形凹部に合わせて円盤ブロック１１が外筒部材２の円筒フレーム７内に回転可能に嵌装されるようになっている。
【０２０】
図３に示すように、内筒部材３の円盤ブロック１１は、その肉厚内部に複数（図は８組）のピストン部材４を放射状に内臓している。
各々のピストン部材４は、円盤ブロック１１の中心部の円形凹部から円盤ブロック１１の外側放射状に連通させた作動油通路１２と、この作動油通路１２の先端チャンバ１３に摺動自在に嵌装された受け部材１４と、先端チャンバ１３の出口側に遊嵌され、受け部材１４に支持されて円盤ブロック１１の外側へ出没する球体１５からなり、図の実施例ではこれら８組のピストン部材４が円盤ブロック１１の内部に４５°の等間隔で放射状に配設されている。
尚、球体１５の受け部材１４は、ばね１６で外側に付勢させてもよい。
【０２１】
このように、図の実施例では、３６°の角度巾を持つ１０個の凹状円弧面８に対して、８個のピストン部材が４５°の間隔で配置されているので、常に、４個のピストン部材がいずれかの凹状円弧面８の一方の傾斜面８ａ（押し側）に摺接していると同時に、他の４個のピストン部材４がいずれかの他方の傾斜面８ｂ（引き側）に摺接するようになっている。
【０２２】
凹状円弧面８とピストン部材４の個数及び配置は必ずしも図の実施例に限定されるものではないが、外筒部材２と内筒部材３の相対回転を継続せるには、常に、少なくとも２個のピストン部材がいずれかの凹状円弧面８の一方の傾斜面８ａに位置をずらせて摺接しているときに、少なくとも他の１個のピストン部材４がいずれかの他方の傾斜面８ｂに摺接するようにすることが望ましい。
【０２３】
作動油通路１２とディストリビュータ９の分配路１０ａ、１０ｂの位置関係は、外筒部材２と内筒部材３を図のように内外嵌合したときに、円盤ブロック１１の回転角により作動油通路１２と分配路１０ａ、１０ｂが向き合うように配置する。
また、ピストン部材４の球体１５の径は外筒部材２の凹状円弧面８の径よりも小さいことが必要であり、図の実施例では凹状円弧面の径の２分の１に設定してある。
【０２４】
内筒部材３は、図１、図２、図４に示すように、ディストリビュータ９の一方の分配路１０ａ群を介して各ピストン部材４の作動油通路１２に油圧を供給する油圧供給回路５と、各ピストン部材の作動油通路１２からディストリビュータ９の他方の分配路１０ｂ群を介して戻される作動油を排出するための作動油回収回路６を備えている。
【０２５】
油圧供給回路５は内筒部材３に設けた第１ポート１７から円盤ブロック１１内を通ってディストリビュータ９の一方の分配路１０ａ群の共通路１０ａ´に連通させた通路１８で構成されている。
【０２６】
また、作動油回収回路６は、内筒部材３に設けた第２ポート１９から円盤ブロック１１内を通ってディストリビュータ９の他方の分配路１０ｂ群の共通路１０ｂ´に連通させた通路２０で構成されている。
【０２７】
尚、図の実施例は、油圧供給回路５及び作動油回収回路６を内筒部材３の円盤ブロック１１内に設ける場合を例示したが、外筒部材２を通してディストリビュータ９の分配路１０ａ、１０ｂに連通させるようにしてもよい。
【０２８】
上記のように回転連結装置１は、内筒部材３の円盤ブロック１１を外筒部材２のフレーム内側に嵌合して組付けるものであるが、円盤ブロック１１の外側にピストン部材４の球体の一部が突出しており、また、外筒部材２のフレーム側には凹状円弧面８間の凸面が形成されているので、嵌合の際に球体１５が干渉する。この問題を解決するために、本発明の回転連結装置１は外筒部材２のフレーム開口部内面にリング２６を嵌め、嵌合の際にリング２６が球体１５を先端チャンバ１３の内側へ押し込むようにしてある。好ましくは、リング２６は球体１５との摺り接面を円弧面に形成する。
【０２９】
かくして、外筒部材２と内筒部材３は、内筒部材３の円形凹部にディストリビュータ９を受け入れるとともに、ピストン部材４の球体１５群が、外筒部材２の凹状円弧面８群のラインに対応するようにして内外嵌合され、部材間のベアリング２１と内筒部材３に固定した係止リング２２で回転可能に結合される。そして、この回転連結装置１は例えば、一方の部材をパワーショベルのアームに固定し、他方の部材にアタッチメントを固定してアームに対してアタッチメントを回転させる場合などに用いることができる。
【０３０】
尚、図の実施例の回転連結装置１は、図５のように、ディストリビュータ９を含む外筒部材２と内筒部材３の軸芯に、前記油圧供給回路５及び作動油回収回路６とは別系統のスイベル油圧回路２３を貫設し、このスイベル油圧回路２３を通して回転連結装置１の外筒部材２側又は内筒部材３側の他の部材を油圧操作できるようにしてある。符号２４はこのスイベル油圧回路２３の高圧側回路、符号２５は戻りの低圧側回路である。
【０３１】
図中、符号２６は外筒部材２を一方の部材に結合するための取付け部、符号２７は内筒部材を３を他方の部材に結合するための取付け部である。
【０３２】
図８は、本発明の他の実施例を示すもので、この実施例では内筒部材３の円盤ブロック１１の内部半径方向に、上記と同様のピストン部材４ａ群とピストン部材ｂ群を２段平行に設けるとともに、外筒部材２の円形内周面に、前記２段のピストン部材４ａ、４ｂの各球体１５、１５に対応する２段の凹状円弧面８、８又は所定長さの一連の凹状円弧面８からなる凹凸摺接面を形成したものである。
【０３３】
この実施例は、内筒部材３のピストン部材４ａ群、４ｂ群と外筒部材２の円弧凹凸摺接面を２段に設けてたことにより回転トルクが倍加させることができる。
【０３４】
この実施例では外筒部材２と内筒部材３の間に２段のベアリング２１ａ、２１ｂを介装して筒体２９とリング３０を嵌め、ボルト３１で筒体２８とリング２９を内筒部材３のフランジに結合してある。したがって、組付けが強固で強い回転トルクにも対応できる。
尚、図は省略したが、図８の外筒部材２、内筒部材３にも前記の取付け部２７２８が設けられている。
【０３５】
次に本発明の回転連結装置１の作用を説明する。
油圧供給回路５から圧送された作動油はディストリビュータ９の一方の分配路１０ａからピストン部材４に供給され、受け部材１４を介して押出された球体１５が凹状円弧面８の一方の傾斜面８ａを押圧する。このため、内筒部材３の回転抵抗が外筒部材２よりも大きいときは、球体１５の押圧力で外筒部材２側を回転させ、外筒部材２の回転抵抗が内筒部材３よりも大きいときは、傾斜面８ａにより内筒部材３が回転する。
【０３６】
回転によりピストン部材４の球体１５が凹状円弧面８の中央部に摺接する位置にくると、ピストン部材４の作動油通路１２がディストリビュータ９の前記一方の分配路１０ａに連通しない位相になるので作動油の供給は停止し、抵抗なしに摺動する。
【０３７】
他の凹状円弧面８と球体１５によってさらに回転が進むと前記のピストン部材４の球体１５は凹状円弧面８の他方の傾斜面８ｂに摺接するが、この位置ではピストン部材４の作動油通路１２はディストリビュータ９の他方の分配路１０ｂに連通しているので作動油回収回路６に戻される。
【０３８】
ピストン部材４は少なくとも２個がいずれかの凹状円弧面８の一方の傾斜面８ａを位置をずらせて押圧しているので、回転連結装置１は連続回転する。また、作動油供給回路５と回収回路６を切り換えると回転連欠装置１は逆回転する。
【０３９】
【効果】
本発明の回転連結機構は、部材間の連結部に介装することにより、連結部を介して部材を相対的に回動させることができる。
【０４０】
ピストン部材を部材の半径方向に配したことにより軸方向の寸法を小さくすることができるとともに、ピストン部材を２段にしても嵩張らないのでコンパクトで大きな回転トルクが得られる。
【０４１】
本発明の回転連結装置には多くのピストン部材を使用するが、本発明では円盤ブロックにチャンバを形成してピストンシリンダとして内臓させているので、部品点数が少なく、製作が簡単になるとともに、機械的強度、耐久性が著しく向上する。
【０４２】
凹状円弧面の両側傾斜面に対してディストリビュータの油圧供給分配路と回収分配路が対応して配置され、その間にピストン部材を内蔵した円盤ブロックが回転可能に嵌装されているので、回転により回路の切換えが自動的に制御される。
【０４３】
ピストン部材の球体は円盤ブロックの外側に付勢されており、また、ピストン部材と凹状円弧面の数は一致していないため互いに干渉し、外筒部材と内筒部材の嵌合位置合わせが困難であるが、外筒部材の円形内面先端にリングを嵌めることにより、組付けの際に、リングが球体を押し戻すので簡単に嵌合することができる。
【０４４】
中心に別系統のスイベル油圧回路を貫設することにより、回転に干渉されずに回転連結装置の前方又は後方の部材に作動油を送ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による回転連結装置の図３のＡ−Ａ断面図
【図２】本発明の実施例による回転連結装置の図３のＢ−Ｂ断面図
【図３】図１、図２のＣ−Ｃ断面図
【図４】本発明の回転連結装置の油圧回路拡大図
【図５】図３のＤ−Ｄ断面図
【図６】図５の底面図
【図７】本発明の他の実施例による図２相当図
【符号の説明】
１…回転連結装置
２…外筒部材
３…内筒部材
４…ピストン部材
５…油圧供給回路
６…作動油回収回路
７…円筒フレーム
８…凹状円弧面
８ａ、８ｂ…傾斜面
９…ディストリビュータ
１０ａ、１０ｂ…分配路
１０ａ´、１０ｂ´…共通路
１１…円盤ブロック
１２…作動油通路
１３…先端チャンバ
１４…受け部材
１５…球体
１６…ばね
１７…第１ポート
１８、２０…通路
１９…第２ポート
２１…ベアリング
２２…係止リング
２３…スイベル油圧回路
２４…高圧回路
２５…低圧回路
２６…リング
２７、２８…取付け部
２９…筒体カバー
３０…リングカバー
３１…ボルト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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