JP5939139B2

JP5939139B2 - 建設機械の駆動装置

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Publication number: JP5939139B2
Application number: JP2012254087A
Authority: JP
Inventors: 寺内　謙一; 謙一寺内
Original assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2012-11-20
Filing date: 2012-11-20
Publication date: 2016-06-22
Anticipated expiration: 2032-11-20
Also published as: JP2014101933A

Description

本発明は油圧ショベルやハイブリッドショベル等の建設機械において、駆動源としての油圧または電動のモータの回転力を遊星歯車式の減速機で減速して上部旋回体等の被駆動部に伝達する駆動装置に関するものである。

ショベルの旋回駆動装置を例にとって背景技術を説明する。

ショベルは、クローラ式の下部走行体上に上部旋回体が地面に対して垂直となる軸のまわりに旋回自在に搭載され、この上部旋回体に掘削、解体等の作業を行うためのフロントアタッチメントが取付けられて構成される。

このショベルにおいて、上部旋回体を旋回させる旋回駆動装置は、駆動源としての油圧または電動のモータと、このモータの回転力を歯車減速機構により減速して被駆動部である上部旋回体に伝達する減速機とによって構成される。

モータと減速機とは、互いの回転軸が一致する状態で装置軸方向に並んで設けられ、モータが上となる縦置き姿勢でアッパーフレームに取付けられる。

減速機は、回転軸のまわりにサンギヤと複数のプラネタリギヤとリングギヤが設けられた一乃至上下複数段の遊星歯車式の減速部から成り、この減速機の出力が、減速機出力軸に設けられたピニオン、及び下部走行体のロワフレームに設けられた旋回ギヤを介して上部旋回体に伝えられる。

このような旋回駆動装置において、特許文献１に示されているように減速機内にブレーキ機構を設けたものが公知である。

このブレーキ機構は、プラネタリギヤと一体に回転軸(太陽軸)まわりに公転回転する回転側ブレーキ板と、減速機ケーシングに設けられた固定側ブレーキ板と、ブレーキピストンと、このブレーキピストンに下向きの押し付け力を付与するブレーキバネとを備え、ブレーキピストンの押し付け力により両ブレーキ板同士を圧接させてブレーキ作用を行うように構成されている。

ここで、公知技術では、一つの減速部において内周側から外周側に向かってサンギヤ、プラネタリギヤ、リングギヤ、ブレーキバネが組み込まれたブレーキピストン、減速機ケーシングの順で直径方向に並べ、ブレーキピストンの下方に回転側及び固定側両ブレーキ板を配置した構成をとっている。

特開２０１１−２１４０５号公報

ところが、公知技術によると次の欠点があった。

(ｉ) 上記のようにリングギヤとブレーキバネ付きのブレーキピストンを直径方向に並べた構成であるため、この並べた部分での減速機の外径、つまり駆動装置全体の外径寸法が大きくなる。このため、駆動装置、とくに直径方向の設置スペースに余裕がない旋回駆動装置の組み込みが困難となる。

(ｉｉ) リングギヤは、プラネタリギヤとブレーキピストンの間の隙間部分という限られた寸法内に、肉厚が小さい薄筒状として設けざるを得ないため、同ギヤが熱処理や加工時に大きく歪むおそれがある。

(ｉｉｉ) リングギヤとブレーキピストンという別体ニ部品を直径方向に接して組み込まなければならないため、これらの組み付け、固定作業が面倒となる。

そこで本発明は、ブレーキ機構が設けられる部分の減速機の直径寸法を縮小できるとともに、リングギヤの熱処理、加工時の歪み防止、組み付け・固定作業の容易化を実現することができる建設機械の駆動装置を提供するものである。

上記課題を解決する手段として、本発明においては、駆動源としての油圧または電動のモータと、このモータの下方に配置されてモータの回転力を被駆動部に減速して伝達する減速機と、上記減速機の回転軸に制動力を付与するブレーキ機構とを備え、上記減速機は、上記回転軸と一体に回転するサンギヤと、遊星軸まわりに自転しながら上記回転軸まわりに公転する複数のプラネタリギヤと、リングギヤとから成る一乃至複数段の遊星歯車式の減速部を減速機ケーシング内に設けて構成し、上記ブレーキ機構は、一つの減速部の上記プラネタリギヤと一体に上記回転軸まわりに公転回転する回転側ブレーキ板と、上記減速機ケーシングに設けた固定側ブレーキ板と、ブレーキピストンと、このブレーキピストンに押し付け力を付与するブレーキバネとを備え、上記ブレーキピストンの押し付け力により上記両ブレーキ板同士を圧接させてブレーキ作用を行うように構成した建設機械の駆動装置において、上記ブレーキ機構が設けられる減速部のリングギヤを上記ブレーキピストンの内周にブレーキピストンと一体物として設け、このブレーキピストンを上記減速機ケーシングに対して回り止め手段により上記回転軸を中心とした回転は不能で軸方向移動可能に設けたものである。

この構成によれば、リングギヤをブレーキピストンの内周にブレーキピストンの一部として一体に設けているため、いいかえればブレーキピストンとリングギヤを一つの部品として構成しているため、これらを別体ニ部品として直径方向に並べた公知技術と比較して、減速機の直径寸法を縮小することができる。

また、リングギヤを十分な肉厚を持ったブレーキピストンに形成したことにより、熱処理や加工時にリングギヤに歪みが生じるおそれがない。

さらに、リングギヤとブレーキピストンを一部品として組み込むため、これらを別々に組み込む公知技術と比較して組み付け・固定作業が格段に容易となる。

本発明において、上記ブレーキピストンの上方にバネ受け部を設け、上記ブレーキバネを上記ブレーキピストンの上面と上記バネ受け部の下面との間に設けるのが望ましい(請求項２)。

このように、ブレーキバネをブレーキピストンの上方に配置することにより、ブレーキバネをブレーキピストンの肉厚内に組み込む公知技術と比較して、ブレーキピストンの肉厚寸法(外径寸法)を縮小できるため、減速機の直径寸法をより小さくすることができる。

また本発明においては、上記回り止め手段として、上記ブレーキピストンの外周と上記減速機ケーシングの内周とを、ブレーキピストンがブレーキ作用を行うために必要なストローク以上の範囲に亘ってスプライン結合するのが望ましい(請求項３，４)。

この構成によれば、ブレーキピストンを確実に回り止めできるとともに、回り止めピン等の別体の回り止め部品を用いる場合と比較して組み付けが容易となる。

この場合、上記減速機ケーシングの内周に、上記固定側ブレーキ板及びブレーキピストンのスプライン結合に共用されるスプライン溝を設けるのが望ましい(請求項４)。

この構成によれば、元々固定側ブレーキ板の取付けのために加工されたスプライン溝をブレーキピストンの回り止めに兼用できるため、回り止め構造が簡単で組み付けも一層簡単となり、かつ、別の回り止め部品を用いる場合と比較してコストダウンすることができる。

本発明によると、ブレーキ機構が設けられる部分の減速機の直径寸法を縮小できるとともに、リングギヤの熱処理、加工時の歪み防止、組み付け・固定作業の容易化を実現することができる。

本発明の実施形態に係る旋回駆動装置の一部断面側面図である。図１の一部拡大図である。図２の一部をさらに拡大した図である。

実施形態はショベルの旋回駆動装置を適用対象としている。

但し、本発明は、旋回駆動装置と同様にモータと減速機が、互いの回転軸の中心が一致する状態で上下方向に並んで設けられ、かつ、減速機内にブレーキ機構が設けられる他の駆動装置にも、またショベル以外の建設機械において上記構成を備えた駆動装置にも以下同様に適用することができる。

この旋回駆動装置は、図１に示すように駆動源としての油圧または電動のモータ１と、このモータ１の回転力を減速して被駆動部である上部旋回体に伝達する減速機２とによって構成される。

モータ１はモータハウジング３、減速機２は筒状の減速機ケーシング４をそれぞれ備え、モータ１を上にして、互いの回転軸中心が一致する縦置き状態で、互いのモータハウジング３とケーシング４がボルト結合される。

減速機２の下端には、減速機２の出力軸である減速出力軸５を回転自在に支持する軸受を内部に備えたシャフト支持部６が設けられ、このシャフト支持部６が上部旋回体のアッパーフレーム７に複数の取付ボルト８…によって取付けられる。

減速機２は、減速機ケーシング４内で一乃至複数段の遊星歯車式の減速部(図例では三段、以下、この場合で説明する)９，１０，１１が同軸上に並設されて構成される。

第１〜第３段各減速部９〜１１は、それぞれサンギヤＳ１，Ｓ２，Ｓ３と、スパイダ１２，１３，１４を介してこのサンギヤＳ１，Ｓ２，Ｓ３の周りに設けられた複数(図では１つのみを示す)のプラネタリギヤＰ１，Ｐ２，Ｐ３と、リングギヤＲ１，Ｒ２，Ｒ３から成り、周知のようにプラネタリギヤＰ１，Ｐ２，Ｐ３が自転しながら公転運動を行うことによってモータ回転を減速し、その出力が、減速出力軸５の下端に設けられたピニオン１５及びこれと噛み合う旋回歯車(リングギヤ。図示省略)を介して被駆動部であるアッパーフレーム７(上部旋回体)に伝達される。

減速機ケーシング４は、第１〜第３の分割ケーシング４ａ，４ｂ，４ｃが減速機軸方向に順次ボルト結合されて構成され、第１段減速部９が第１、第２両分割ケーシング４ａ，４ｂ内に、第２段及び第３段両減速部１０，１１が第３分割ケーシング４ｃ内にそれぞれ設けられている。

なお、第１段減速部９のサンギヤＳ１はモータ１の回転軸(モータ軸)１６に、第２段減速部１０のサンギヤＳ２は減速機２を構成する第１回転軸１７に、第３段減速部１１のサンギヤＳ３は同、第２回転軸１８にそれぞれ取付けられている。

また、第１段減速部９のリングギヤＲ１は、後に詳述するように第１分割ケーシング４ａ内に設けられ、第２段、第３段両減速部１０，１１のリングギヤＲ２，Ｒ３は、第３分割ケーシング４ｃの内周に一連一体に設けられている。

この旋回駆動装置においては、減速機２における第１、第２両分割ケーシング４ａ，４ｂ内に、ディスク式でかつネガティブ方式のブレーキ機構１９が設けられている。

図１の一部を拡大した図２を併用してこのブレーキ機構１９とその関連構成を詳述する。

ブレーキ機構１９は、円周方向に間隔を置いて配置された複数のブレーキバネ２０…と、このブレーキバネ２０…によって下向きに押圧されるリング状のブレーキピストン２１と、モータ回転時に油圧が導入される圧力室２２と、ブレーキピストン２１の下方において上下に重なり合って配置されたリング状の回転側及び固定側両ブレーキ板２３，２４とによって構成される。

図１，２中、４ｄはブレーキバネ２０…の上端を支持するバネ受け部である。

ブレーキピストン２１は、図示のように上半部の内、外径が下半部の内、外径よりも大きい段付きの円筒状に形成され、上半部と第１分割ケーシング４ａの間に圧力室２２が形成され、かつ、下端面が固定側ブレーキ板２４に接触または近接する状態で上下方向にストローク作動可能に設けられている。

ここで、ブレーキピストン２１の下半部の内周に第１段減速部９のリングギヤ(以下、第１段リングギヤという)Ｒ１がブレーキピストン２１と一体物として設けられ、このリングギヤＲ１がサンギヤＳ１に歯合している。

また、ブレーキピストン２１の下端部外周にスプライン溝２５が、ブレーキ作用を行うためのブレーキピストン２１のストロークよりも長い範囲に亘って設けられ、このスプライン溝２５が、固定側ブレーキ板２４を回転不能に取付けるために第２分割ケーシング４ｂの内周に設けられたスプライン溝２６の上端部に噛み合い結合されている。

この両スプライン溝２５，２６によってブレーキピストン２１の回り止め手段が構成され、この回り止め手段により、ブレーキピストン２１が回転軸(モータ軸)１６を中心とする回転は不能で、軸方向移動(ストローク作動)は可能となっている。

一方、ブレーキバネ２０は、ブレーキピストン２１の下半部の上面(段面)とバネ受け部４ｄとの間に設けられている。

こうして、ブレーキピストン２１が、本来のブレーキ作用を行うブレーキ要素と、減速作用を行う減速機要素とを兼ねる部品として構成されている。

この構成によれば次の効果を得ることができる。

(ｉ) 第１段減速部９を構成するリングギヤＲ１を、ブレーキ機構１９を構成するブレーキピストン２１の内周にブレーキピストン２１の一部として一体に設けているため、いいかえればブレーキピストン２１とリングギヤＲ１を一つの部品として構成しているため、これらを別体ニ部品として直径方向に並べた公知技術と比較して、減速機２の直径寸法を縮小することができる。

(ｉｉ) リングギヤＲ１を十分な肉厚を持ったブレーキピストン２１に形成したことにより、熱処理や加工時にリングギヤＲ１に歪みが生じるおそれがない。

(ｉｉｉ) リングギヤＲ１とブレーキピストン２１を一部品として組み込むため、これらを別々に組み込む公知技術と比較して組み付け・固定作業が格段に容易となる。

(ｉｖ) ブレーキバネ２０をブレーキピストン２１の上方に配置しているため、ブレーキバネ２０をブレーキピストン２１の肉厚内に組み込む公知技術と比較して、ブレーキピストン２１の肉厚寸法(外径寸法)を縮小できるため、減速機２の直径寸法をより小さくすることができる。

(ｖ) ブレーキピストン２１の回り止め手段として、ブレーキピストン２１の外周と減速機ケーシング４(第２分割ケーシング４ｂ)の内周とを、ブレーキピストンがブレーキ作用を行うために必要なストローク以上の範囲に亘ってスプライン結合する構成をとっているため、ブレーキピストン２１を確実に回り止めできるとともに、回り止めピン等の別体の回り止め部品を用いる場合と比較して組み付けが容易となる。

(ｖｉ) 元々固定側ブレーキ板２４の取付けのために加工されたスプライン溝２６をブレーキピストン２１の回り止めに兼用できるため、回り止め構造が簡単で組み付けも一層簡単となり、かつ、別の回り止め部品を用いる場合と比較してコストダウンすることができる。

他の実施形態
(１) ブレーキピストン２１を、分割ケーシング４ｂに対して回転軸１６を中心とする回転は不能で軸方向移動可能とするための回り止め手段として、上記実施形態のスプライン結合構造に代えて、ブレーキピストン２１と分割ケーシング４ｂをキーとキー溝によるキー結合構造等の他の構造を採用してもよい。

(２) 上記実施形態では、減速機２の直径寸法を最大限に縮小できる構成として、ブレーキバネ２０をブレーキピストン２１の上方に設けたが、このブレーキバネ２０を、ブレーキピストン２１の肉厚内に設けた凹部に収容する構成をとってもよい。

この場合でも、ブレーキピストン２１とリングギヤＲ１を一体に構成したことによる減速機直径寸法の縮小効果は得ることができる。

(３) 上記実施形態では、三段の減速部９〜１１を備えた減速機２において最もブレーキ効率の良い第１段減速部９にブレーキ機構１９を配置した場合を示したが、第２段減速部１０または第３段減速部にブレーキ機構１９を設けてもよい。

また、本発明は二段の減速部を備えた減速機、四段以上の減速部を備えた減速機、あるいは減速部が一段のみの減速機にも上記同様に適用することができる。

１モータ
２減速機
３モータハウジング
４減速機ケーシング
４ａ減速機ケーシングを構成する第１分割ケーシング
４ｂ同、第２分割ケーシング
４ｃ同、第３分割ケーシング
４ｄバネ受け部
５減速出力軸
９第１段減速部
１０第２段減速部
１１第３段減速部
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３サンギヤ
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３プラネタリギヤ
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３リングギヤ
１２〜１４スパイダ
１６モータの回転軸
１７，１８減速機の回転軸
１９ブレーキ機構
２０ブレーキバネ
２１リングギヤ付きのブレーキピストン
２２圧力室
２３回転側ブレーキ板
２４固定側ブレーキ板
２５回り止め手段を構成するブレーキピストンのスプライン溝
２６同、減速機ケーシングのスプライン溝

Claims

駆動源としての油圧または電動のモータと、このモータの下方に配置されてモータの回転力を被駆動部に減速して伝達する減速機と、上記減速機の回転軸に制動力を付与するブレーキ機構とを備え、上記減速機は、上記回転軸と一体に回転するサンギヤと、遊星軸まわりに自転しながら上記回転軸まわりに公転する複数のプラネタリギヤと、リングギヤとから成る一乃至複数段の遊星歯車式の減速部を減速機ケーシング内に設けて構成し、上記ブレーキ機構は、一つの減速部の上記プラネタリギヤと一体に上記回転軸まわりに公転回転する回転側ブレーキ板と、上記減速機ケーシングに設けた固定側ブレーキ板と、ブレーキピストンと、このブレーキピストンに押し付け力を付与するブレーキバネとを備え、上記ブレーキピストンの押し付け力により上記両ブレーキ板同士を圧接させてブレーキ作用を行うように構成した建設機械の駆動装置において、上記ブレーキ機構が設けられる減速部のリングギヤを上記ブレーキピストンの内周にブレーキピストンと一体物として設け、このブレーキピストンを上記減速機ケーシングに対して回り止め手段により上記回転軸を中心とした回転は不能で軸方向移動可能に設けたことを特徴とする建設機械の駆動装置。
上記ブレーキピストンの上方にバネ受け部を設け、上記ブレーキバネを上記ブレーキピストンの上面と上記バネ受け部の下面との間に設けたことを特徴とする請求項１記載の建設機械の駆動装置。
上記回り止め手段として、上記ブレーキピストンの外周と上記減速機ケーシングの内周をスプライン結合したことを特徴とする請求項１または２記載の建設機械の駆動装置。
上記減速機ケーシングの内周に、上記固定側ブレーキ板及びブレーキピストンのスプライン結合に共用されるスプライン溝を設けたことを特徴とする請求項３記載の建設機械の駆動装置。