(57)【要約】【課題】油圧駆動式の作業機械を搭載した作業車両において、騒音及び振動を低減する。【解決手段】ダブルギアポンプ３２は、互いに噛合する駆動ギアと従動ギアとからなるギア対の噛合回転によって作動油を圧送する方式であって、ギア対を２対有し、この２対は作動油の圧送動作の脈動が互いに（理想的には半周期）ずれるように構成されており、脈動が相殺され振動発生が抑制される。ギアポンプと作業機械とを繋ぐ作動油路４１に設置されたフローレギュレータ３３は、作動油路内の油圧が所定値を超えないように作動油の一部を復作動油路４３を介して作動油タンク３１に戻し、これにより、操作者が作業機械の速度を上げる目的でエンジンの回転数を上げることは抑制され、各部の振動レベルが抑えられ騒音及び振動を低減することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ギアポンプと、
前記ギアポンプにより圧送された作動油により駆動される作業機械とを備え、
前記ギアポンプは、互いに噛合する駆動ギアと従動ギアとからなるギア対の噛合回転によって作動油を圧送する方式であって、前記ギア対を２対有し、この２対は作動油の圧送動作の脈動が互いにずれるように構成されており、
前記ギアポンプは、作動油タンク内の作動油を圧送し、
前記ギアポンプと前記作業機械とを繋ぐ上り作動油路に設置されたバルブと、
前記バルブで前記上り作動油路から分岐して、前記作動油タンクに繋がる下り作動油路とをさらに備え、
前記バルブは、作動油の一部を前記下り作動油路を介して前記作動油タンクに戻す作業車両。
【請求項２】
前記上り作動油路に設置されたフローレギュレータと、
前記フローレギュレータで前記上り作動油路から分岐して、前記作動油タンクに繋がる復作動油路とをさらに備え、
前記フローレギュレータは、前記上り作動油路内の油圧が所定値を超えないように作動油の一部を前記復作動油路を介して前記作動油タンクに戻す請求項１に記載の作業車両。
【請求項３】
前記ギアポンプを駆動する電気モータを備える請求項１又は請求項２に記載の作業車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧駆動式の作業機械を搭載した作業車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、作業車両として様々なものが利用されている。ここで作業車両とは、車両上に作業機械を搭載し、この作業機械により作業（車両の走行を除く）を行う車両である。以下に塵芥収集車の例で紹介するように、油圧駆動式の作業機械を搭載した作業車両が広く利用されている。
【０００３】
従来、図７に示すような回転式のコンベアパネル（回転板）２及び揺動式のラムパネル（押込板）３を有した塵芥収集車１が利用されている。コンベアパネル２は油圧モータ４により駆動される。ラムパネル３は油圧シリンダ５により駆動される。塵芥収集車１には、油圧モータ４及び油圧シリンダ５を駆動する油圧回路内の駆動源として油圧ポンプが搭載されている。
【０００４】
その油圧ポンプの駆動方式として以下の３方式は知られている。
図８に示す塵芥収集車１ａは、ＰＴＯ方式を採用する。
塵芥収集車１ａは、車両駆動用エンジン２５を稼動させた上で、ＰＴＯ（Power Take Off：車両駆動用エンジン等から別作業のために動力を取り出す）装置６をオンにし、このＰＴＯ装置６によりエンジン２５から動力を取り出し、この動力により油圧ポンプ７を回転させ、油圧回路内の作動油の流れを発生させる。
図９及び図１０に示す塵芥収集車１ｂは、電気駆動式を採用する。塵芥収集車１ｂは、搭載されたバッテリ８を電源としたインバータ９を制御して電動モータ１０を駆動し、電動モータ１０の回転を油圧ポンプ７に伝達して油圧ポンプ７を回転させ、油圧回路内の作動油の流れを発生させる。
【０００５】
さらに、油圧ポンプの回転駆動系としてエンジン駆動系と電気駆動系との双方を備えた方式がある。かかる方式は、特許文献１〜４に記載される。
特許文献１，２には、油圧ポンプの回転駆動系としてエンジン・ＰＴＯ装置系統とバッテリ・電動モータ系統とが記載された構成ブロック図が記載されている。具体的構成として特許文献１に、油圧ポンプの外周に電動モータを組み込んで一体化した機械構成の回転軸にＰＴＯ装置が接続された構成が記載されている。
特許文献３には、エンジンにより駆動される駆動軸が油圧ポンプに接続された構成図が記載されている。かかる構成図によると上記油圧ポンプには電気駆動系も接続されている。特許文献４には、エンジン、発電電動機、油圧ポンプの順で連結された構成が記載されている。特許文献３，４に記載の構成においては、ＰＴＯ装置は用いられていない。
【０００６】
いずれの方式においても、油圧ポンプ７の回転により発生した圧油は、油圧モータ４や油圧シリンダ５を駆動し、コンベアパネル２やラムパネル３を作動させ、塵芥積込等の作業動作を行わせる。そのために塵芥収集車１は、電気信号等により油圧回路中の制御バルブ（３ポジション両ソレノイド型等）を切り替えることで作動油の流れを変え、油圧モータ４や油圧シリンダ５等の油圧アクチュエータの動作を制御する。
【０００７】
パネル２，３が作動していないときを含め、油圧ポンプ７が駆動されている時は、作動油の流動による騒音が大きいという問題がある。
近年、渋滞緩和やカラスなどによるゴミステーション散乱問題を解消するため、夜間や早朝のゴミ収集が拡大傾向にある。それに伴い、夜間・早朝のゴミ収集による近隣住民からの騒音苦情件数は増加している。
かかる問題を解決する手段として、ポンプを低騒音化するため、従来からさまざまなポンプを塵芥収集車に架装する提案がなされているが、従来提案された方法は一長一短であり決定的に有利なポンプは提案されていない。
以下、参考に既に提案されたポンプの例を示す。
【０００８】
外接ギアポンプは、構造が簡単で壊れにくく安価でコンパクトのため、広く利用されているが、歯車の噛み合い音や吐出脈動が大きいため、騒音が大きい。
内接ギアポンプは、外接ギアポンプのような噛み合い音はなく、低騒音であるが、高速回転が必要なため、使用環境が限定されてしまう。また、内接ギアポンプはサイズが大きいため、2tトラックのシャシーフレーム内側に架装することが困難であり、我が国で塵芥収集車には普及していない。
ピストンポンプは、ピストンの上下による油の押し出しによるもので、やや低騒音であるが、構造が複雑で、部品点数が多い為一般的に価格が高く、サイズも大きくなる。
【０００９】
塵芥収集車では、操作者が機械の作業速度を上げたいがために故意にエンジン速度を上げてポンプの作動速度を上げるという行為が行われることがあったが、この行為は、騒音の観点からは問題があった。塵芥収集車にプランジャーポンプ（プランジャーポンプはピストンポンプに分類される。）を利用した場合、プランジャーポンプには、一定速度以上で回転駆動されても、作動油をタンクに戻す働きがあり、それ以上作業速度が上がらないため、上記行為が抑制される効果がある。
したがって、塵芥収集車にプランジャーポンプを利用することにより、比較的低騒音が確保されるとともに、上記行為を防止する効果が得られることは知られていた。
一方、ギアポンプにあっては、２対のギア対が互いに脈動を打ち消すことによって低騒音・低振動が実現されたダブルポンプギアが提供さている。
【特許文献１】特開平１０‐３７９０４号公報
【特許文献２】特開２００３−１４６６００号公報
【特許文献３】特開平１０‐４２５８７号公報
【特許文献４】特開２００４−１５０３０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであって、油圧駆動式の作業機械を搭載した作業車両において、騒音及び振動を低減することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
以上の課題を解決するための請求項１記載の発明は、ギアポンプと、
前記ギアポンプにより圧送された作動油により駆動される作業機械とを備え、
前記ギアポンプは、互いに噛合する駆動ギアと従動ギアとからなるギア対の噛合回転によって作動油を圧送する方式であって、前記ギア対を２対有し、この２対は作動油の圧送動作の脈動が互いにずれるように構成されており、
前記ギアポンプは、作動油タンク内の作動油を圧送し、
前記ギアポンプと前記作業機械とを繋ぐ上り作動油路に設置されたバルブと、
前記バルブで前記上り作動油路から分岐して、前記作動油タンクに繋がる下り作動油路とをさらに備え、
前記バルブは、作動油の一部を前記下り作動油路を介して前記作動油タンクに戻す作業車両である。
【００１２】
請求項２記載の発明は、前記上り作動油路に設置されたフローレギュレータと、
前記フローレギュレータで前記上り作動油路から分岐して、前記作動油タンクに繋がる復作動油路とをさらに備え、
前記フローレギュレータは、前記上り作動油路内の油圧が所定値を超えないように作動油の一部を前記復作動油路を介して前記作動油タンクに戻す請求項１に記載の作業車両である。
【００１３】
請求項３記載の発明は、前記ギアポンプを駆動する電気モータを備える請求項１又は請求項２に記載の作業車両である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ギアポンプは、ギア対により圧送される作動油の吐出脈動の一部を２対のギア対で互いに打ち消すことができる。また、本発明によれば、フローレギュレータの働きにより作動油路内の油圧が所定値内に抑えられることにより、操作者が機械の作業速度を上げたいがために故意にエンジン、ポンプの回転数を上げるという行為が抑制される。したがって、本発明によれば、各部の振動レベルが抑えられ騒音及び振動を低減することができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に本発明の一実施形態につき図面を参照して説明する。以下は本発明の一実施形態であって本発明を限定するものではない。
【００１６】
図１は本発明の一実施形態に係る作業車両に搭載された油圧駆動システムの構成ブロック図である。作動油タンク３１から油圧アクチュエータ３５まで繋がれた上り作動油路４１上に、ダブルギアポンプ３２、フローレギュレータ３３、電磁バルブ３４の順でこれらが配設されている。作動油タンク３１とダブルギアポンプ３２との間の作動油路を４１ａとし、ダブルギアポンプ３２とフローレギュレータ３３との間の作動油路を４１ｂとする。油圧アクチュエータ３５には、図７に示した油圧モータ４や油圧シリンダ５が該当する。電磁バルブ３４で上り作動油路４１から分岐した下り作動油路４２が作動油タンク３１に繋がっている。また、フローレギュレータ３３で上り作動油路４１から分岐した復作動油路４３が作動油タンク３１に繋がっている。
【００１７】
ダブルギアポンプ３２が作動油タンク３１内の作動油をフローレギュレータ３３を通して電磁バルブ３４へ圧送する。コントローラ３７が、作業機械に付設されたセンサ及び操作用のスイッチ３６からの信号を予め定められた制御ルールに基づき判断して、電磁バルブ３４の開閉を制御し、油圧アクチュエータ３５の圧力を制御して油圧アクチュエータ３５の動作を制御する。例えば、図７に示す例においては、油圧モータ４がコンベアパネル２を回転させ、油圧シリンダ５がラムパネル３を揺動させ、塵芥の積込作業を行う。電磁バルブ３４まで圧送された作動油は、電磁バルブ３４の制御状況によって下り作動油路４２を通して作動油タンク３１に戻される。
【００１８】
ダブルギアポンプ３２は、駆動装置により回転駆動される。この駆動装置としては、例えば図８に示したＰＴＯ装置６や、図９に示した電動モータ１０が適用される。
【００１９】
フローレギュレータ３３は、作動油路４１ｂ内の油圧が所定値を超えないように、復作動油路４３側の経路を開閉して、作動油の一部を復作動油路４３を介して作動油タンクに戻す。
したがって、ダブルギアポンプ３２の駆動源として図８に示すようなエンジンが適用されている場合にも、操作者が作業機械の速度を上げる目的でエンジンの回転数を上げ、油圧アクチュエータの動作速度を速めることは抑制される。
【００２０】
図２は、従来例に係る作業車両に搭載された油圧駆動システムの構成ブロック図である。本従来例と比較すると、本実施形態の油圧駆動システムは、ダブルギアポンプ３２、フローレギュレータ３３及び復作動油路４３が組み込まれている点で異なっている。図２に示すギアポンプ３８が、作動油を圧送するギア対を１対有したシングルギアポンプであるのに対し、本実施形態に適用されるダブルギアポンプ３２は、作動油を圧送するギア対を２対有したものである点で異なっている。
【００２１】
ダブルギアポンプ３２の構成を以下に説明する。図３は、ダブルギアポンプ３２の模式的斜視透過図である。図４は、ダブルギアポンプ３２の内部構造模式図である。
ダブルギアポンプ３２は、駆動軸３２ａと、２つの駆動ギア３２ｂ，３２ｃと、回転支持軸３２ｄと、２つの従動ギア３２ｅ，３２ｆと、ケーシング３２ｇとを備える。駆動軸３２ａは、上述した駆動装置により回転駆動される。２つの駆動ギア３２ｂ，３２ｃはそれぞれ、駆動軸３２ａに外嵌固定され、駆動軸３２ａとともに回転する。
回転支持軸３２ｄは、駆動軸３２ａと平行に配置されている。２つの従動ギア３２ｅ，３２ｆはそれぞれ回転支持軸３２ｄに回転自由に支持されている。従動ギア３２ｅは駆動ギア３２ｂに噛合する。従動ギア３２ｆは駆動ギア３２ｃに噛合する。４つのギア３２ｂ，３２ｃ，３２ｅ，３２ｆの軸方向長さは等しくされている。
【００２２】
図４は、駆動軸３２ａに垂直なケーシング３２ｇの断面に、４つのギア３２ｂ，３２ｃ，３２ｅ，３２ｆの外形を描き加えたダブルギアポンプ３２の内部構造模式図である。図４に示すように、駆動ギア３２ｂの固定角度と、駆動ギア３２ｃの固定角度とは歯の半ピッチずれている。
図３、図４に示すようにケーシング３２ｇの内部には、４つのギア３２ｂ，３２ｃ，３２ｅ，３２ｆを被う部分円筒内面を有した空洞が形成されており、かかる空洞は、ギア対のピッチ母線に垂直な軸方向の両端に開口を有する。ケーシング３２ｇの一方の開口に作動油路４１ａが接続され、他方の開口に作動油路４１ｂが接続される。作動油路４１ｂへ作動油を圧送するためのギア対の回転方向を、円弧矢印３２ｈにより図３及び図４中に示した。円弧矢印３２ｈの示す方向にギア対が回転するとき、作動油路４１ａから供給される作動油は、各ギア３２ｂ，３２ｃ，３２ｅ，３２ｆとケーシング３２ｇの部分円筒内面との間に閉じ込められ、作動油路４１ｂ側へ送られる。このときの作動油の流動経路を図３及び図４中に矢印３２ｋにより示した。
【００２３】
図４に示すように、駆動ギア３２ｂの固定角度と、駆動ギア３２ｃの固定角度とは歯の半ピッチずれている。そのため、ギア対３２ｂ，３２ｃによる圧送動作の脈動と、ギア対３２ｅ，３２ｆによる圧送動作の脈動とは、半周期ずれる。これにより、ダブルギアポンプ３２全体としての作動油の吐出量が一定になるとともに、２対のギア対の脈動が互いに打ち消しあって低振動・低騒音が実現される。
【００２４】
この脈動の相殺の理論を、図５を参照して説明する。図５(b1)は、本実施形態のダブルギアポンプ３２の駆動軸３２ａ及び２つの駆動ギア３２ｂ、３２ｃを抜き出して描いた斜視図である。２つの駆動ギア３２ｂ、３２ｃは、互いに軸方向長さが等しく、その長さをＬとする。図５(a1)は、シングルギアポンプの駆動軸５２ａ及び駆動ギア５２ｂを抜き出して描いた斜視図である。図５(a1)に示すシングルギアポンプは、図５(b1)に示すダブルギアポンプ３２に対して、駆動ギア５２ｂの軸方向長さが２Ｌである点で異なり、その他の仕様は同じであるとする。例えば、このような構成によって、容量の等しいシングルギアポンプとダブルギアポンプを比較する。理想的な場合として、シングルギアポンプの吐出脈動が図５(a2)に示す波形ａで現れるとき、ダブルギアポンプの一方のギア対の吐出脈動は図５(b2)に示す波形ａ１で現れ、他方のギア対の吐出脈動は波形ａ２で現れる。図５（a2）(b2)に示すように、波形ａ１及び波形ａ２の振幅は波形ａの振幅の半分である。図５(b2)に示すように、波形ａ１及び波形ａ２は互いに振幅及び周期が等しく、位相が半周期ずれている。したがって、脈動変化する一方のギア対による吐出量と半周期ずれて脈動変化する他方のギア対による吐出量とが補い合って作動油路４１ｂに吐出される作動油の量は一定になる。このようにして一方のギア対の脈動と他方のギア対の脈動とが相殺されて、合成波ｂのようにゼロになり、吐出脈動が消えるので、吐出脈動を原因とする振動は周囲へ伝達されない。
以上説明した理論によって本実施形態に適用したダブルギアポンプ３２は、低振動・低騒音を実現する。
【００２５】
次に、本発明らが行った騒音の計測結果を開示する。
本発明例としては、図１に示した油圧駆動システムが適用され、図９に示す電動モータ駆動を採用する塵芥収集車とする。比較例として２つの比較例１、２を採用した。比較例１，２は、シングルギアポンプを採用する図２に示した油圧駆動システムが適用され塵芥収集車である。比較例１は、図８に示すＰＴＯ駆動を採用するもの、比較例２は図９に示す電動モータ駆動を採用するものである。本発明例及び比較例１，２の塵芥収集車により同じ条件の積込動作（パネル２，３の同じ動作）を行わせながら、各塵芥収集車の後方５ｍの位置で計測器により騒音値を計測した。本発明例及び比較例２に関してはエンジンを停止した状態で計測した。図６中に示すグラフｃは本発明例の騒音計測結果、グラフｄ１は比較例１の騒音計測結果、グラフｄ２は比較例２の騒音計測結果である。
【００２６】
図６に示される計測結果からわかるように、本発明例によれば、ＰＴＯ駆動の比較例１に対しても、電動モータ駆動の比較例２に対しても、騒音値の低下が認められた。したがって、本発明適用によって低騒音化の効果があったと認められる。
【００２７】
また、騒音問題への貢献に加え次のような利点も生じる
従来、作動油配管やコントローラ３７の防振対策として、これらの固定構造に防振ゴムを介装したり、コントローラ３７の基板として高剛性のものを特注したりするなど、コストが掛かっていた。これは、破壊やコントローラ３７の誤動作を防止するために必要であった。しかし、本発明の適用により発生振動が低下するため、従来適用していた防振対策を簡素化することができ、コスト低減を図ることができる。
【００２８】
以上の本発明の実施形態においては、フローレギュレータ３３及び復作動油路４３を適用したが、本発明はこれらを適用する構成に限られない、図２に示す構成に対し、ギアポンプ３８としてダブルギアポンプを適用した形態により本発明を実施しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施形態に係る作業車両に搭載された油圧駆動システムの構成ブロック図である。
【図２】従来例に係る作業車両に搭載された油圧駆動システムの構成ブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るダブルギアポンプの模式的斜視透過図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るダブルギアポンプの内部構造模式図である。
【図５】(a1)は、シングルギアポンプの駆動軸及び駆動ギアを抜き出して描いた斜視図である。(b1)は、本発明の一実施形態に係るダブルギアポンプの駆動軸及び２つの駆動ギアを抜き出して描いた斜視図である。(a2)は、シングルギアポンプの吐出脈動を示す波形である。(b2)は、ダブルギアポンプの吐出脈動を示す波形である。
【図６】本発明例及び比較例１，２の騒音計測結果を示すグラフである。
【図７】塵芥収集車を示す斜視図である。
【図８】ＰＴＯ方式の塵芥収集車を示す概略平面図である。
【図９】電気駆動式塵芥収集車を示す概略平面図である。
【図１０】電気駆動式塵芥収集車を示す左側面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１     塵芥収集車
１ａ   塵芥収集車
１ｂ   塵芥収集車
２     コンベアパネル
３     ラムパネル
４     油圧モータ
５     油圧シリンダ
６     ＰＴＯ装置
７     油圧ポンプ
８     バッテリ
９     インバータ
１０   電動モータ
２５   エンジン
３１   作動油タンク
３２   ダブルギアポンプ
３２ａ 駆動軸
３２ｂ，３２ｃ駆動ギア
３２ｄ 回転支持軸
３２ｅ，３２ｆ従動ギア
３２ｇ ケーシング
３３   フローレギュレータ
３４   電磁バルブ
３５   油圧アクチュエータ
３６   センサ及びスイッチ
３７   コントローラ
３８   ギアポンプ
４１   上り作動油路
４２   下り作動油路
４３   復作動油路
５２ａ 駆動軸
５２ｂ 駆動ギア
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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