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【発明の名称】 曲げ軸線型液圧ユニットにおけるサーボピストンアクチュエータのためのボール継手
【発明者】 【氏名】ジェイムス ディー．ライケン

【氏名】デイヴィッド ディー．ダークス

【氏名】ダグ カーデル

【氏名】ウイルヘルム ゴールナー
【要約】 【課題】揺動ヨーク型の曲がり軸線型液圧ユニットを提供すること。

【解決手段】曲げ軸線ユニットのサーボピストンを作動するための独特のボール継手。このボール継手は、一端に球状の外表面を、他端にサーボピストンを有するアクチュエータロッドと、シリンダーブロックを担持し、回転軸線の周りに回転するヨークを含む。ヨークとアクチュエータロッドの球状外表面との間に球状ソケットが介設され、サーボピストンに液圧が加えられたときアクチュエータロッドが力を少くとも２つの平面内に存在させるような態様でヨークを回転させる。ヨークを中立位置から±４５°を越える角度にまで回転させるために２つのサーボピストンとボール継手を設けることができる。ロッドの外表面とソケットの外表面とは、３６０°の運動の自由度を与えるように嵌合させなければならない。ソケットは、ヨーク自体内に組み込むことができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 揺動ヨーク型の吐出量可変曲げ軸線液圧ユニットであって、ハウジングと、該ハウジング内にピボット軸線の周りに枢動自在に装着されたヨークと、該ヨークに連結されたピボット制御器とから成り、該ピボット制御器は、少くとも１つのサーボ孔を形成されている制御ハウジングと、該サーボ孔内に装着されたサーボピストンと、該サーボピストンを前記ヨークに前記ピボット軸線から偏倚した部位に連結する少くとも１つの機械的アクチュエータと、前記サーボピストン及び機械的アクチュエータを移動させて前記ヨークを枢動させるために液圧流体をポートを通して前記サーボ孔へ選択的に出し入れするために該サーボ孔に接続された液圧制御弁とから成り、前記機械的アクチュエータは、互いに対向した一端と他端を有するアクチュエータロッドと、ソケット部材を含み、該アクチュエータロッドの該一端は、前記ヨークに連結されており、球状の輪郭を有する外表面を有し、該アクチュエータロッドの該他端は、前記サーボピストンに連結されており、前記サーボ孔へポートを通して液圧流体が出し入れされたとき前記アクチュエータロッドが力を少くとも２つの平面内に存在させるような態様で前記ヨークを前記ピボット軸線の周りに枢動させるように、該ソケット部材は該アクチュエータロッドの前記外表面に旋回自在に嵌合していることを特徴とする液圧ユニット。
【請求項２】 前記アクチュエータロッドの前記一端は、球状のボール端であり、前記ソケット部材は、該ボール端に旋回自在に嵌合する凹状表面を有することを特徴とする請求項１に記載の液圧ユニット。
【請求項３】 前記アクチュエータロッドは、前記ボール端の直ぐ後方に減径部分を有することを特徴とする請求項２に記載の液圧ユニット。
【請求項４】 前記サーボピストンの周面に形成された溝内に装着された弾性Ｏ−リングと、該サーボピストン３２から半径方向外方へ弾性的に押圧されるように該溝内で該弾性Ｏ−リング６２上に装着されたシールリングを含む密封手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載の液圧ユニット。
【請求項５】 前記サーボピストンは、前記サーボ孔に対して傾動されることを特徴とする請求項４に記載の液圧ユニット。
【請求項６】 前記制御ハウジングは、一体の剛性鋳造物であることを特徴とする請求項１に記載の液圧ユニット。
【請求項７】 前記制御ハウジングは、１対の互いに離隔したサーボ孔を有し、該１対のサーボ孔の間に配置された前記制御弁を受容するための制御孔を有していることを特徴とする請求項１に記載の液圧ユニット。
【請求項８】 揺動ヨーク型の吐出量可変曲げ軸線液圧ユニットであって、該ユニットの吐出量を変更するために該ユニットの固定フレームに制御トラニオンを介して回転自在に取り付けられており、該制御トラニオンを中心として枢動するヨークと、該ヨーク上に形成された一体のカム部材と、該ユニットの吐出量を変更するための閉ループ制御機構と、から成り、該制御機構は、前記フレームに対する前記ヨークの枢動位置、従って該ユニットの吐出量に関してフィードバックを該制御機構に供給するように前記一体のカム部材に係合するためのフィードバック部材を含むことを特徴とする液圧ユニット。
【請求項９】 揺動ヨーク型の吐出量可変曲げ軸線液圧ユニットであって、１対の互いに離隔したサーボ孔と、該１対のサーボ孔の間に配置された制御弁を受容するための制御孔を有するハウジングと、該１対のサーボ孔内にそれぞれ摺動自在に装着された１対のサーボピストンと、該サーボピストンを移動させ、それによって該ユニットの吐出量を変更するために液圧流体を前記１対のサーボ孔へポートを通して選択的に出し入れするための制御弁と、から成る液圧ユニット。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、曲げ軸線型液圧ユニット（以下、単に「曲げ軸線ユニット」とも称する）に関し、特に、揺動ヨーク型の曲げ軸線型液圧ユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】曲げ軸線型液圧ユニットは、古くから知られている。曲げ軸線型構造のうちで最も一般に普及している構造は、米国特許第４，８９３，５４９号に開示されているような「傾動ブロック」を用いる型式のものである。回転自在の円筒形ドラム又はシリンダーブロックキットは、非回転の旋回キャリッジ上に回転自在に支持された複数の軸方向のピストンを有している。旋回キャリッジは、凹状旋回キャリッジ案内表面に当接して位置づけされた凸状端面を有する。凹状旋回キャリッジ案内表面は、フランジ連結によって機械のハウジングに取り付けられた旋回キャリッジハウジングの一部である。シリンダーブロックキットだけが、液圧ユニットの液圧流体の吐出量を変更するために傾動又は枢動する。
【０００３】他の曲げ軸線型液圧ユニットとして、「揺動ヨーク」構造を用いるタイプのものがある。このタイプのシリンダーブロックキットは、ヨークによって担持されており、液圧ユニットの液圧流体の吐出量を変更するためにヨークと一緒に揺動する。斯界において、傾動ブロック型と揺動ヨーク型の両方の最善の特徴の幾つかを組み入れた揺動ヨーク曲がり軸線型液圧ユニットを求める要望がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、アクチュエータ（作動器）とヨークの間にボールアンドソケット継手（単に「ボール継手」とも称する）を設けたことにより少くとも±４５°のサーボピストン作動をすることができる揺動ヨーク曲がり軸線型液圧ユニットを提供することである。
【０００５】本発明の他の目的は、アクチュエータロッドが単一平面より多い複数の平面において移動することができるようにサーボピストンと揺動ヨークを連結するためのアクチュエータロッドとソケットを提供することである。
【０００６】本発明の他の目的は、アクチュエータロッドと揺動ヨークを連結するための多自由度を有する球状ソケットを提供することである。
【０００７】本発明の他の目的は、液圧ユニットから得られるパワーを最大限にするために９０°を超える曲げ軸線の曲げ角度を可能にすることである。
【０００８】本発明の他の目的は、多自由度を有するソケット継手と、その内孔内で係合自在のサーボピストンとの組み合わせを提供することである。
【０００９】本発明の他の目的は、組み立てが容易であり、製造コストが安く、所要部品数を最少限にし、使用において耐久性及び信頼性が高い揺動ヨーク曲げ軸線構造を提供することである。
【００１０】本発明のその他の目的、特徴及び利点は、以下の好ましい実施形態の説明及び添付図から当業者には明らかになろう。
【００１１】
【課題を解決するための手段】発明の概要上記課題を解決するために、本発明は、曲げ軸線ユニットのサーボピストンを作動するための独特のボール継手を提供する。このボール継手は、一端に球状の外表面を有し、他端にサーボピストンを有する細長いアクチュエータロッドと、シリンダーブロックを担持し、回転軸線の周りに回転するように構成されたヨークを含む。このヨークとアクチュエータロッド（以下、単に「アクチュエータ」又は「ロッド」とも称する）の球状外表面との間に球状表面を有するソケットが介設され、サーボピストンに液圧が加えられたときアクチュエータロッドが力を少くとも２つの平面内に存在させるような態様でヨークを回転させる構成とされる。ヨークを中立位置から±４５°を越える角度にまで回転させるためにこのようなサーボピストンとボール継手を２つ設けることができる。アクチュエータロッドの外表面とソケットの外表面とは、ほぼ３６０°の運動の自由度を可能にするように嵌合させなければならない。ソケットは、ヨーク自体内に組み込むことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】好ましい実施形態の説明図１は、本発明の吐出量可変曲げ軸線型液圧ユニット１０を示す。曲げ軸線ユニット１０は、支持フレーム又はハウジング１２を備えているが、支持ハウジング１２の大部分は、本発明に関与していないので、内部の部品を見えるようにするために切除されている。曲げ軸線ユニット１０の吐出量は、一体構造の揺動ヨーク１４によって変更される。揺動ヨーク１４は、ハウジング１２内に回転自在に支持された主軸１０４に駆動連結された慣用のシリンダーブロック又はシリンダーブロックキット１６を担持している。ヨーク１４は、電気−液圧制御器２２によって１対の対向したピボットアーム又はトラニオン１８，２０の周りに揺動又は枢動せしめられる。トラニオン１８，２０は、共通の固定ピボット軸線即ち回転軸線２４上に位置させることが好ましい。
【００１３】図１、６及び７に明示されているように、ヨーク１４には、そのトラニオン１８のところに自在ボールアンドソケット継手２６が係合されている。細長いアクチュエータロッド２８は、一端に球状の、好ましくは外表面（「ボール端」とも称する）３０を有し、他端にサーボピストン３２を有する。図２〜５に示されるように、回転軸線２４の他側にも同様なアクチュエータロッド２８が設けられている。サーボピストン３２は、制御ハウジング（制御部材収容ハウジング）３８のサーボ孔３４，３６内にそれぞれ密封状態に摺動自在に、かつ、傾動自在に受容されている。
【００１４】いろいろな構成が可能であるが、各サーボ孔３４，３６は、他方のサーボ孔に対して斜めに傾斜した中心軸線を有することが好ましい。孔３４，３６は、互いに平行である必要はない。従って、サーボ孔３４，３６の中心軸線は、トラニオン１８に対していろいろな角度を形成する。吐出量の制御は、トラニオン１８にではなく、あるいは、トラニオン１８と共にトラニオン２０に与えることもできる。制御のための力は、アクチュエータロッド２８によって加えることができ、それによってヨーク１４を中立位置又は中間位置から９０°を超える角度に亘って揺動又は回転させることができる。換言すれば、中立位置又は中間位置から±少くとも４５°の揺動又は回転を可能にする。ヨーク１４に及ぼす制御力は、２平面より多い複数の平面内に存在させることができる。
【００１５】図３〜５（制御ハウジング３８は除去されている）及びず６〜７を参照して説明すると、揺動ヨーク１４をサーボピストンで作動するのに必要とされる部品が示されている。アクチュエータロッド２８の球状表面３０とヨーク１４の制御トラニオン本体フランジ４２との間にソケット部材４０が介設されている。ソケット部材４０は、本体フランジ４２に形成した単なる孔であってもよく、必ずしも別個の部品でなくてもよい。
【００１６】アクチュエータ２８は、サーボピストン３２にほぼ対向してボール端又は球状表面３０を有している。アクチュエータロッド２８の両端間の中間部分は円筒形である。ロッド２８は、頑健な断面を有し、予想される荷重及び応力に対処するのに十分な強度を有する剛性材料で形成される。アクチュエータロッド２８は、そのボール端３０の直ぐ後方に減径部分４４を有し、減径部分４４からアクチュエータロッド２８の中間部分にまでテーパ部分４６が延長している。
【００１７】ボールアンドソケット継手の嵌合部分は、好ましくは真鍮のような展性材料で構成されるソケット４８を含む。（ソケット部材４０の一部としての）ソケット４８は、その自重によってアクチュエータロッド２８のボール端３０の周りにほぼ３６０°自由に枢動するように、ボール端３０に圧着（かしめ）又はその他の方法によって取り付けられる。減径部分４４とテーパ部分４６は、ボール３０とソケット４８は、ほぼ円筒形の外表面と、開放端と、閉鎖端を有する。ソケット４８の外周面には、らせん溝４９を形成することが好ましい。らせん溝４９は、組み立ての際に捕捉される空気やその他の流体をソケット４８の外周から逃がすことによって組み立て作業を容易にする。図１〜５に戻って参照して説明すると、制御器２２は、制御ハウジング３８内のサーボ孔３４と３６の間に形成された制御孔５１内に配置されたステップモータ５０を含む。ステップモータ５０は、直線作動式液圧吐出量制御部材即ち制御弁５２に係合する。制御部材５２は、操作者からステップモータ５０に与えられる電気的命令に基づいて圧油（液圧流体）をそれぞれサーボ孔３４，３６へ送るための慣用の適当なポートを有している。制御部材５２は、吐出量制御部材５２は、外周スリーブ５６とその内部に摺動自在に装着されたスプール（滑り制御弁の可動部分）５４を含む。スリーブ５６の、ステップモータ５０のある側とは反対側の端部は、ヨーク１４に形成された一体のカム部材６０に係合することによってフィードバック機構として機能する。
【００１８】カム部材６０は、好ましくは、ヨーク１４の制御トラニオン１８に設けた半径方向の偏心突部とすることが好ましい。一体カム部材６０は、トラニオン１８，２０の回転軸線２４に対してほぼ垂直な平面内に延長している。従って、ヨーク１４がトラニオンの軸線２４の周りに揺動又は枢動回転されると、スリーブ５８の外端即ちフィードバック部材５６は、カム部材６０に沿って従動し、制御ハウジング３８に向かう方向又はそれから離れる方向に移動される。その結果生じるスリーブ５６とスプール５４の間の相対移動が制御部材５２にフィードバックを供給し、それに従ってサーボ孔３４，３６のポートの開閉を制御してポートを通しての圧油の流れを制御する。かくして、制御部材は、所与のヨーク位置を、従って流体吐出量を維持するために閉ループ態様で調整することができる。一体制御部材６０は、ヨーク１４の全揺動運動に対応するのに十分な円弧に亙って制御トラニオン１８の周りに延長している。ヨーク１４は少くとも９０°揺動することが好ましいので、カム部材６０はトラニオン１８の周りに少くとも９０°延設させる。
【００１９】図１〜５は、本発明の制御器２２の更なる特徴を示す。制御器２２は、１対のサーボ孔３４，３６を形成された一体構造の制御ハウジング３８を含む。サーボ孔３４，３６は、ほぼトラニオン１８の方に向けられているが、好ましい実施形態では多少不規則な形状を有するハウジング３８に対して必ずしも垂直でなくてもよい。制御器２２の全体形状はほぼ直方形である。制御器２２のハウジング３８は、それぞれサーボ孔３４，３６を収容する２つの外側部分を有する。各アクチュエータロッド２８の端部のサーボピストン３２は、それぞれのサーボ孔３４，３６内に摺動自在に突入している。
【００２０】各アクチュエータロッド２８と本体フランジ４２との連結部の位置によっては、サーボピストン３２がサーボ孔３４，３６内で傾動する。通常、そのような傾動は摩耗と漏れの問題を惹起するが、本発明においては、図８に示されるように、ピストン３２の周面に形成された溝内に弾性Ｏ−リング６４が装着され、サーボピストン３２から半径方向外方へ弾性的に押圧されるようにシールリング６２が該溝内で弾性Ｏ−リング６４上に装着されている。弾性Ｏ−リング６４とシールリング６２は、たとえサーボピストン３２がサーボ孔３４，３６内で傾動しても、有効な密封を維持するとともに、サーボピストン３２の摺動摩擦をも減少させる。シールリング６２は、米国ウイスコンシン洲のＴ−Ｌｏｎ社から販売されているテフロンTM形の材料で形成するのが好ましい。Ｏ−リング６４は、ビトンTMという登録商標名で販売されているいろいろな種類の製品から得られる標準フルオロカーボン／ＳＰＭ材で形成することが好ましい。
【００２１】図２〜５は、制御器２２の中央部分がステップモータ５０及び吐出量制御部材５２を収容する制御孔５１を備えていることを示す。ステップモータ５０は、制御素子の１つ、好ましくはスプール５４に連結される。もちろん、フィードバック部材は、スリーブ５６の突出外端に設けられている。スリーブ５６とスプール５４は、斯界において慣用の複数のポートと密封ランドを有している。これらのポートは、サーボ孔３４，３６に圧油を供給するように制御ハウジング３８内の内部通路６６，６８に接続されている。圧油が一方のポートを通して一方のサーボ孔３４へ供給されると、対応する一方のアクチュエータロッド２８が伸張され、他方のアクチュエータロッド２８が引っ込められる。反対に、圧油が他方のポートを通して他方のサーボ孔３６へ供給されると、対応する他方のアクチュエータロッド２８が伸張され、一方のアクチュエータロッド２８が引っ込められる。制御孔５１、吐出量制御部材５２及びステップモータ５０は、サーボ孔３４，３６とそれぞれのアクチュエータロッド２８との間に配置されている。
【００２２】制御ハウジング３８は、一体の鋳造物として一部片として形成されるので、制御及びサーボ通路を短くすることができる。通路が短いほど液圧流体の損失及び変動又はその他の減少を受けにくい。この制御ハウジングは、従来のハウジングよりコンパクトであることは明らかであろう。しかも、所要の接続を行うのに外部ホースやチューブを必要としない。制御部材５２、従って、この液圧ユニットは、内部通路が短いのでストロークが迅速である。
【００２３】更に、制御部材５２は、ステップモータ５０を含め、サーボ孔３４，３６内に配置されているので物理的に保護されている。又、スプール５４、スリーブ５６及びサーボ孔３４，３６の位置精度は、それらの部材の機械加工のために共通のデータを使用することと、継目をなくすことによって高められる。
【００２４】以上、本発明を実施形態に関連して説明したが、本発明は、ここに例示した実施形態の構造及び形状に限定されるものではなく、いろいろな実施形態が可能であり、いろいろな変更及び改変を加えることができることを理解されたい。
【出願人】 【識別番号】５９３００３３８５
【氏名又は名称】ソアー インコーポレイテッド
【氏名又は名称原語表記】ＳＡＵＥＲ ＩＮＣ．
【出願日】 平成１２年７月２５日（２０００．７．２５）
【代理人】 【識別番号】１０００７９９８０
【弁理士】
【氏名又は名称】飯田 伸行
【公開番号】 特開２００１−１１６１４４（Ｐ２００１−１１６１４４Ａ）
【公開日】 平成１３年４月２７日（２００１．４．２７）
【出願番号】 特願２０００−２２３２４３（Ｐ２０００−２２３２４３）