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技術 部分中空動力伝達軸の製造方法および部分中空動力伝達軸の製造方法により製造された部分中空動力伝達軸と部分中空動力伝達軸の製造方法により製造された部分中空動力伝達軸を有する油圧装置

出願人 ナブテスコ株式会社
発明者 齋藤憲夫
出願日 2011年4月19日 (9年8ヶ月経過) 出願番号 2011-093535
公開日 2012年11月15日 (8年1ヶ月経過) 公開番号 2012-225422
状態 特許登録済
技術分野 往復動ポンプ(1) 軸・クランク・連接棒及び関連の軸受 圧接、拡散接合 圧接、拡散接合
主要キーワード 出力駆動軸 基準径 丸棒鋼材 軸素材 ランド端 切欠面 変質部 機械分野
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2012年11月15日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (7)

課題

動力伝達軸負荷されているトルクを精度良くコンパクトで、コストを抑えて測定することを可能とさせるために、動力伝達軸の一部の肉厚偏差を低減して中空化する製造方法を提供し、この方法で提供される部分中空動力伝達軸を提供し、さらに、その部分中空動力伝達軸を用いた油圧装置を提供する。

解決手段

中厚である円筒形状の第1軸素材と、第1軸素材と同径の円筒形状であってその端面から一定の位置にその径より大きなランドを備える中厚の第2軸素材とからなり、前記第2軸素材の端部である中空軸部の内側に前記第2軸素材の半径より小径円筒状窪みを設け、ランド端部を基準面としてこの基準面と前記窪み底部との距離が一定となるように前記円筒状窪みを刻設し、前記第1素材の端部と前記第2軸素材の前記窪みを有する端面とを摩擦圧接して接合することで形成する。

概要

背景

出願人は、既に特許文献1で、油圧ポンプ回転軸である動力伝達軸について、この動力伝達軸に負荷された軸トルクを測定する手法を提案している。

特許文献1では、「原動機出力駆動軸に結合される可変容量型ピストンポンプの回転軸に作用する吸収トルクを、当該回転軸に作用するトルクとして電気的に直接検出し、それにより斜板傾転角位置を制御し、もって、効率的運転を可能にする建設機械を提供する」ために、「ポンプPMは、ケーシング16内部に形成された回転軸14を含む回転機構と、この回転機構の回転量を指定する斜板18および同斜板の傾転角を制御するパワーピストンユニットPWと、同パワーピストンユニットに対し所定の圧油を供給する油圧サーボユニットSVとを備える。油圧サーボユニット内にはスリーブ20内で軸方向に摺動可能に配置されたスプール22が設けられ、スプール22の左端側は、電磁レノドSLの駆動ピンSPにより押圧され得る。PAは、前記電磁ソレノドSLへの駆動電力を供給する電力増幅部である。回転軸の吸収トルクは非接触で電気信号として検出するセンサーSにより検出され、この信号により斜板が直接サーボ制御される」構成を提案している。

概要

動力伝達軸に負荷されているトルクを精度良くコンパクトで、コストを抑えて測定することを可能とさせるために、動力伝達軸の一部の肉厚偏差を低減して中空化する製造方法を提供し、この方法で提供される部分中空動力伝達軸を提供し、さらに、その部分中空動力伝達軸を用いた油圧装置を提供する。中厚である円筒形状の第1軸素材と、第1軸素材と同径の円筒形状であってその端面から一定の位置にその径より大きなランドを備える中厚の第2軸素材とからなり、前記第2軸素材の端部である中空軸部の内側に前記第2軸素材の半径より小径円筒状窪みを設け、ランド端部を基準面としてこの基準面と前記窪み底部との距離が一定となるように前記円筒状窪みを刻設し、前記第1素材の端部と前記第2軸素材の前記窪みを有する端面とを摩擦圧接して接合することで形成する。

目的

特許文献1では、「原動機の出力駆動軸に結合される可変容量型ピストンポンプの回転軸に作用する吸収トルクを、当該回転軸に作用するトルクとして電気的に直接検出し、それにより斜板の傾転角位置を制御し、もって、効率的運転を可能にする建設機械を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

中厚である円筒形状の第1軸素材と、第1軸素材と同径の円筒形状であってその端面から一定の位置にその径より大きなランドを備える中厚の第2軸素材とからなり、前記第2軸素材の端部である中空軸部の内側に前記第2軸素材の半径より小径円筒状窪みを設け、ランド端部を基準面としてこの基準面と前記窪み底部との距離が一定となるように前記円筒状窪みを刻設し、前記第1素材の端部と前記第2軸素材の前記窪みを有する端面とを摩擦圧接して接合することで形成する部分中空動力伝達軸の製造方法。

請求項2

中厚である円筒形状の第1軸素材と、第1軸素材と同径の円筒形状であってその端面から一定の位置にその径より大きなランドを備える中厚の第2軸素材とからなり、前記第2軸素材の端部である中空軸部の内側に前記第2軸素材の半径より小径の円筒状窪みを設け、ランド端部を基準面としてこの基準面と前記窪み底部との距離が一定となるように前記円筒状窪みを刻設し、前記第1素材の端部と前記第2軸素材の前記窪みを有する端面とを摩擦圧接して接合することで形成される部分中空動力伝達軸。

請求項3

中厚である円筒形状の第1軸素材と、第1軸素材と同径の円筒形状であってその端面から一定の位置にその径より大きなランドを備える中厚の第2軸素材とからなり、前記第2軸素材の端部である中空軸部の内側に前記第2軸素材の半径より小径の円筒状窪みを設け、ランド端部を基準面としてこの基準面と前記窪み底部との距離が一定となるように前記円筒状窪みを刻設し、前記第1素材の端部と前記第2軸素材の前記窪みを有する端面とを摩擦圧接して接合することで形成される部分中空動力伝達軸を備え、その内部にトルクセンサ測定部が配置されて、その測定部が中空軸部に対応するように配置されることで構成される前記部分中空動力伝達軸トルク測定可能なトルクセンサ内蔵油圧ポンプ

技術分野

0001

本発明は、機械分野に広く利用されている動力伝達軸係り、特にこの動力伝達軸に負荷された軸トルクを測定する際にその測定精度を向上させるために動力伝達軸の部分を中空化した部分中空動力伝達軸と、部分中空動力伝達軸を用いた油圧装置、および部分中空動力伝達軸の製造方法に関するものである。

背景技術

0002

出願人は、既に特許文献1で、油圧ポンプ回転軸である動力伝達軸について、この動力伝達軸に負荷された軸トルクを測定する手法を提案している。

0003

特許文献1では、「原動機出力駆動軸に結合される可変容量型ピストンポンプの回転軸に作用する吸収トルクを、当該回転軸に作用するトルクとして電気的に直接検出し、それにより斜板傾転角位置を制御し、もって、効率的運転を可能にする建設機械を提供する」ために、「ポンプPMは、ケーシング16内部に形成された回転軸14を含む回転機構と、この回転機構の回転量を指定する斜板18および同斜板の傾転角を制御するパワーピストンユニットPWと、同パワーピストンユニットに対し所定の圧油を供給する油圧サーボユニットSVとを備える。油圧サーボユニット内にはスリーブ20内で軸方向に摺動可能に配置されたスプール22が設けられ、スプール22の左端側は、電磁レノドSLの駆動ピンSPにより押圧され得る。PAは、前記電磁ソレノドSLへの駆動電力を供給する電力増幅部である。回転軸の吸収トルクは非接触で電気信号として検出するセンサーSにより検出され、この信号により斜板が直接サーボ制御される」構成を提案している。

先行技術

0004

特開2010−168974号公報

発明が解決しようとする課題

0005

特許文献1に記載の技術においては、動力軸磁束密度の変化としてトルクに対応する電気信号を検出することでトルクを測定するものである。このトルクによって検出される電気信号は、動力伝達軸のねじれ角の大きさに応じて増大する。この電気信号が増大すればトルクの検出精度は向上する。つまり、負荷トルクに対する動力伝達軸のねじれ角を大きくすることによってトルクの検出精度を向上させることができる。

0006

ところで、動力伝達軸のねじれ角を増大させる方法として、動力伝達軸の素材、長さ、軸径を変更する必要がある。しかし、動力伝達軸の素材、長さ、軸径を変更できないことは多い。この場合は、素材、長さ、軸径を変更せずに断面二次モーメントを小さくすることが必要となる。

0007

そこで、出願人等は、鋭意考案した結果、動力伝達軸の断面二次モーメントを小さくする方法として動力伝達軸の一部の肉厚偏差を低減して中空化する手法を発明するに至った。

0008

そこで、本発明は、上記問題を解決せんとするもので、その目的とするところは、動力伝達軸に負荷されているトルクを精度良くコンパクトで、コストを抑えて測定することを可能とさせるために、動力伝達軸の一部の肉厚の偏差を低減して中空化する製造方法を提供し、この方法で提供される部分中空動力伝達軸を提供し、さらに、その部分中空動力伝達軸を用いた油圧装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

0009

前記目的を達成するための本発明による部分中空動力伝達軸の製造方法は、中厚である円筒形状の第1軸素材と、第1軸素材と同径の円筒形状であってその端面から一定の位置にその径より大きなランドを備える中厚の第2軸素材とからなり、前記第2軸素材の端部である中空軸部の内側に前記第2軸素材の半径より小径円筒状窪みを設け、ランド端部を基準面としてこの基準面と前記窪み底部との距離が一定となるように前記円筒状窪みを刻設し、前記第1素材の端部と前記第2軸素材の前記窪みを有する端面とを摩擦圧接して接合することで形成する。

0010

前記目的を達成するための本発明に係る部分中空動力伝達軸は、中厚である円筒形状の第1軸素材と、第1軸素材と同径の円筒形状であってその端面から一定の位置にその径より大きなランドを備える中厚の第2軸素材とからなり、前記第2軸素材の端部である中空軸部の内側に前記第2軸素材の半径より小径の円筒状窪みを設け、ランド端部を基準面としてこの基準面と前記窪み底部との距離が一定となるように前記円筒状窪みを刻設し、前記第1素材の端部と前記第2軸素材の前記窪みを有する端面とを摩擦圧接して接合することで形成される。

0011

さらに、本発明に係る部分中空動力伝達軸トルクを測定可能トルクセンサ内蔵油圧ポンプは、中厚である円筒形状の第1軸素材と、第1軸素材と同径の円筒形状であってその端面から一定の位置にその径より大きなランドを備える中厚の第2軸素材とからなり、前記第2軸素材の端部である中空軸部の内側に前記第2軸素材の半径より小径の円筒状窪みを設け、ランド端部を基準面としてこの基準面と前記窪み底部との距離が一定となるように前記円筒状窪みを刻設し、前記第1素材の端部と前記第2軸素材の前記窪みを有する端面とを摩擦圧接して接合することで形成される部分中空動力伝達軸を備え、その内部にトルクセンサの測定部が配置されて、その測定部が中空軸部に対応するように配置されることで構成することができる。

発明の効果

0012

本発明によれば、動力伝達軸に負荷されているトルクを精度良くコンパクトで、コストを抑えて測定することを可能とさせるために、動力伝達軸の一部の肉厚の偏差を低減して中空化する製造方法を提供し、この方法で提供される部分中空動力伝達軸を提供し、さらに、その部分中空動力伝達軸を用いた油圧装置を提供することができる。

図面の簡単な説明

0013

本発明に係る部分中空動力伝達軸を形成するための第1軸素材と第2軸素材の構成図である。
本発明に係る部分中空動力伝達軸を形成するための第2軸素材の構成図である。
本発明に係る部分中空動力伝達軸を形成するための第1軸素材と第2軸素材を接合した際の構成図である。
本発明に係る部分中空動力伝達軸を形成するための第1軸素材と第2軸素材を摩擦圧接後の構成図である。
本発明に係る部分中空動力伝達軸を形成するための第1軸素材と第2軸素材を摩擦圧接後の仕上げ後の構成図である。
本発明に係る部分中空動力伝達軸を用いた油圧装置の構成図である。

0014

以下に本発明の好適な実施例について、詳細に説明する。

0015

なお、以下の説明において、図1乃至図5を用いて本発明における部分中空動力伝達軸1の製造方法について説明する。

0016

先ず図1に示す通り、最終形状より加工代並びに摩擦圧接代だけ径が太い丸棒鋼材を2点用意し、油圧モータ用動力軸において、外部駆動用モータ外露出する部分を構成する第1軸素材部2と、専らモータ内に内蔵される部分を構成する第2軸素材部4を構成する。この第2軸素材部4は、一部の径が他の軸径より太くなるランド6を形成するように旋削加工される。

0017

この第2軸素材部4は、図2に示されるように、ランド6が形成されると共に、後の中空部を構成する円筒状窪み15が軸方向に旋削加工される。この円筒状窪み15の底部16は、ランド6の両端部のうち円筒状窪み15に近い方の端部8から、底部16までの距離がLとなるよう旋削加工される。また、円筒状窪み15の中心軸と第2軸素材部4の中心軸が同一軸状となるように加工され、第2軸素材部4の直径が基準径18となるように形成される。ここで、基準面からの距離Lと基準径18の値は、図面公差内に加工するよう形成される。一方、第1軸素材部2もまた、その直径が基準径となるように旋削加工される。

0018

続いて、基準径に加工された第1軸素材2と円筒状窪み15の旋削加工された第2軸素材部4において、第1軸素材2の端部と第2軸素材部4の円筒状窪み15のある端面とが摩擦圧接工法圧接されて一体化して軸素材17を形成する。図3は、第1軸素材2の端部と第2軸素材部4を接した状態である。この状態で、第2軸素材部4の一部15のみが中空であり他は中実である。

0019

一方、図4は、この軸素材17は、摩擦圧接により接合部がランド状26に全周に渡って突出している。

0020

続いて、この軸素材17は、基準面と、基準径を加工基準として図5に示されるように、図面値内に全加工する。具体的には、駆動側端部から周面のうち一部のみが中心軸に平行な平面で切削される切欠面48と、切欠面48に隣接し中空部15を有する中空軸部44と、中空軸部44に隣接するモータ側がテーパに切削されるテーパランド40と、テーパランド40に隣接する第1溝部38と、第1溝部38に隣接する第1ランド36と、第1ランド36に隣接する第2溝部34と、第2溝部に隣接するスプライン32と、スプライン32に隣接する第1軸部30と、第1軸部30に隣接する第2軸部28が旋削加工されて部分中空動力伝達軸1が形成される。
ここで、中空軸部44は磁気変質部MDとなるよう形成される。

0021

このように中空部15を設けることで、軸素材17の肉厚の偏差を低減して製造することが可能になる。

0022

また、軸の一部分を中空化するため、摩擦圧接工法を利用し、摩擦圧接の前工程で中空部を基準とする外径部に対して同軸度を公差内で加工することができる。

0023

さらに、中空部の軸方向位置のバラツキを低減するため、外径部に設けた基準面を利用して軸方向の加工寸法を管理することにより中空部の偏肉および位置ずれを防止し、組込トルクセンサーによるトルクのトルク寸法精度の向上に努めることができる。

0024

続いて、本発明に係る部分中空動力伝達軸1を可変容量型ピストンポンプPMに適用した例について図6を用いて説明する。図6はこの可変容量型ピストンポンプPMの軸方向断面図を示す。

0025

この可変容量型ピストンポンプPMは、機能的に分けると、ケーシング50とその左端側の前蓋50aおよび右端側の後蓋50bにより囲まれた内部に形成された前記部分中空動力伝達軸1を含む回転機構と、この回転機構の回転量を指定する斜板52および同斜板52の傾転角を制御するパワーピストンユニットPWと、同パワーピストンユニットPWに対し所定の圧油を供給する図示しない油圧サーボユニットSVとを備えている。

0026

前記回転機構の詳細は、当該分野ではよく知られているが、ここではその主要部分について説明する。すなわち、斜板52の右側で、部分中空動力伝達軸1の外周面にはスプライン32が形成されており、このスプライン32と係合するメスのスプラインを形成したシリンダケース62が配置されている。このシリンダケース62内には複数のピストンPSが円周状に等配置されており、各ピストンPSの右端部の油室CHには給排プレート108を介して作動油が給排されるようになっている。

0027

各ピストンPSの左端頭部は、斜板52と摺動可能に接するシュー110内で摺接可能に嵌まり込んでおり、したがって、シュー110はシリンダケース62と共に回転するようになっている。なお、参照符号BR1,BR2は部分中空動力伝達軸1の軸受けである。

0028

前記斜板52は、その上下部分において左端頭部が嵌まり込んだロッドrd1、rd2と結合されている。下側のロッドrd2の右端部は、後蓋50bに形成された孔内で摺動可能なピストンRE60と接触しており、またこのピストンRE60は右端面をばね60aで左方へ付勢されている。ばね60aの配置された孔にはポンプPMの吐出口である自己圧ポート58からの圧油が破線通路104を介して供給されている為、斜板52は常に時計方向傾転、すなわち吐出量が常に最大となるように構成されている。

0029

一方、上側のロッドrd1の右端部は後蓋50bに形成された孔内で摺動可能なパワーピストン56と接触しており、またこのパワーピストン56の右端面はピストン室54に臨んでおり、同室内の圧力に応じた油圧力で左方へ付勢される。
なお、パワーピストン56の断面積は、下側のピストンRE60の断面積より大きくされている為、ピストン室54の圧力が吐出圧より低い制御圧においても充分制御可能となるよう構成されている。

0030

参照符号Sは部分中空動力伝達軸1の捩りに対応する吸収トルクとして電気信号でセンサーが検出する。

0031

前記センサーSは、部分中空動力伝達軸1の外周面に形成されている磁気的変質部MDに非接触で対向して配置されており、部分中空動力伝達軸1に作用する吸収トルクが発生するとそれに対応した前記磁気的変質部MDの磁束の分布密度の変化を検出するものである。ここで、磁気的変質部MDは、中空部15に該当する。中厚であった、回転軸に比べて磁気的変質部MDが中空であることから、断面2次モーメントが減少し、その結果、ねじれ角が増大することとなる。このため、中空にすることで、MD部の精度が向上する。また、製造方法においても、基準面を利用して軸方向の加工寸法を管理することができることでも精度が向上する。一方で、接合方法として摩擦圧接で接合させるため、強度も担保することができる。

0032

回転軸に作用するトルクを電気的に検出するための、このような磁気的変質部MDの例が、特表2007−517205号公報で紹介されている。

0033

そこでは、センサー素子長手方向に沿った第一方向に第一電流が流れるように加えられ、そして、第一電流パルスを加えることによって、センサー素子には、磁気的にエンコードされた強磁性体の領域が生成されるものである。

0034

また、回転軸に作用するトルクを検出するのに適したものとして、米国特許第5052232号明細書には、軸の円周方向表面に強磁性体の層を形成することが開示されている。これらにおいては、いずれも非接触で、当該強磁性体の層に対向するセンサーが配置され、トルクに対応する電気信号が生成されるようになっている。

0035

本発明では、これら特表2007−517205号公報、および米国特許第5052232号明細書に記載された内容をここに引用し、取り込むことにより、本発明における磁気的変質部MDの一例がそうした製造方法により製造されたものとする。したがって、その詳細な内容については、記載を省略する。

実施例

0036

以上本発明の好適な実施例について図面により説明したが、当業者であれば、上記の図面および説明に基づいて種々の変形をすることが可能であることはもちろんである。

0037

1部分中空動力伝達軸
2 第1軸素材部
6ランド
4 第2軸素材部
13円筒状窪み
15中空部
16 底部
17 軸素材
26 ランド状
28 第2軸部
30 第1軸部
32スプライン
34 第2溝部
36 第1ランド
38 第1溝部
40テーパランド
44中空軸部
48切欠面
PM可変容量型ピストンポンプ
50ケーシング
50a 前蓋
50b後蓋
52斜板
54ピストン室
56パワーピストン
58自己圧ポート
60ピストンRE
60a ばね
62シリンダケース
104破線通路
110シュー
108 給排プレート
PWパワーピストンユニット
SV油圧サーボユニット
PS ピストン
CH油室
BR1,BR2軸受け
rd1、rd2ロッド
PMポンプ
Sセンサー
MD磁気的変質部

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