JP5969806B2 - 建設機械の駆動装置 - Google Patents

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Description

本発明はショベル等の建設機械において、モータの回転力を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鉛直となる軸のまわりに旋回自在に搭載され、この上部旋回体に作業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、サン、プラネタリ、リング各ギヤを備えた一〜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。
また、減速機のケーシング内には潤滑油が注入され、各段減速部(遊星歯車機構)の潤滑作用が行われる。
この潤滑油は、運転中、減速部の回転に伴う遠心力やポンピング作用により、外周側がケーシング内壁沿いに押し上げられてすり鉢状に拡散し、あるいは上向きに飛散する。この現象は、油温の上昇に伴う油面の上昇によってより激しくなる。
この上昇した潤滑油は、自重により内側に向かってすぐさま落下し、減速部に戻るため、この戻り分が減速部の攪拌抵抗となり、エネルギーロスとなるという問題があった。
この問題を解決する技術として、特許文献１，２に示されたものが公知である。
この公知技術においては、ケーシングの外部にタンクを設けるとともに、ケーシング内外に跨って上部通路と絞り付きの下部通路を設け、すり鉢状に上昇する潤滑油を上部通路経由でタンクに導いて貯留するとともに、下部通路経由でケーシング内に戻すように構成している。
特開２００８−２３２２６９号公報 特開２００８−２３２２７０号公報
ところが、上記公知技術によると、第１に、潤滑油が全周に亘ってすり鉢状に広がるのに対して限られた部分の潤滑油のみを細い通路を通してタンクに導くため、一定以上の攪拌力がないと潤滑油がタンクに到達せず、貯留される油量が少なくなる。
このため、攪拌のエネルギーロスを低減させる点の効果が低いものとなる。
また、外部にタンク及び通路を設けるため、駆動装置全体として構造が複雑化及び大型化し、大幅なコストアップとなるとともに周辺レイアウトに悪影響を与えるおそれがある。
加えて、大形化を抑える観点からタンク容量を大きくとれないため、この点でも貯留可能な油量が少なくなり、エネルギーロスの低減効果がさらに低いものとなる。
そこで本発明は、運転中、上昇する潤滑油を効率良くかつ十分な量で貯留して攪拌エネルギーロスを確実に低減し、しかも外部に余分な設備を設けずに構造の簡素化及び小型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、このモータの回転力を減速して被駆動部に伝達する減速機を、互いの回転軸の中心が一致する状態で上記モータを上にして上下方向に並設し、上記減速機のケーシング内に潤滑油を注入するとともに、上記減速機の回転軸に制動力を付与するブレーキ機構を上記ケーシング内に設け、このブレーキ機構は、ブレーキピストンと、このブレーキピストンの押圧力によってブレーキ力を発揮するブレーキ板を備えた建設機械の駆動装置において、上記ブレーキピストンの円周方向の複数個所に、潤滑油を貯留しうる空間としての油溜まりを設け、かつ、運転時に遠心力等によって上昇する潤滑油を上記油溜まりに導入する油入口と、上記油溜まりに貯留した潤滑油を排出する油出口を設けたものである。
このように、ブレーキ機構付きの減速機ではブレーキピストンという、十分な表面積と体積を持った部材を備えている点、及びこのブレーキピストンはケーシング内の潤滑油面及び減速部の近くに配置される点に着目し、ブレーキピストンの円周方向複数個所に油溜まりと、油溜まりに対する油入口及び油出口を設けたから、運転中、ケーシング内で上昇した潤滑油をケーシング内で油入口から油溜まりに導いて効率よく貯留し、運転停止後、油出口からケーシング内に戻すことができる。
このため、公知技術のように細い通路を通してケーシング外のタンクに導入・貯留する場合と比較して、潤滑油の溜め、戻しがスムーズに行われる。
また、ブレーキピストンという十分な表面積と体積を持った部材に油溜まりを設けることで、油溜まりの総容量を十分大きくとることができる。
これらの点により、減速部(遊星歯車機構)の攪拌エネルギーロスを確実に低減することができる。
とくに、短時間で運転／停止を繰り返す旋回駆動装置においては、油溜まりに貯留した潤滑油が戻りきらない状態(ケーシング内の潤滑油レベルが低い状態)から減速部が動き出すことになるため、減速部の攪拌エネルギーロスの低減効果が高いものとなる。
しかも、公知技術のような余分な外部設備や通路が不要となって構造を簡素化及び小型化でき、大幅なコストアップや周辺レイアウトに悪影響を与えるおそれもない。
前記の共通の特徴に加え、第１の発明は、さらに、上記ブレーキピストンを上記減速機のケーシング内の外周側に設け、上記油入口として、運転時にすり鉢状となる油面の外周側の潤滑油を上記油溜まりの下方から導入する下部油入口と、運転時に上向きに飛散する潤滑油を上記油溜まりの側方から導入する上部油入口を設けることを特徴とする。
この構成によれば、運転時にすり鉢状となった油面の外周せり上がり分が下部油入口から、減速部の攪拌作用によって上向き各方向に飛散する油が上部油入口からそれぞれ油溜まりに導入されるため、上昇する潤滑油を効率良く油溜まりに貯留することができる。
この場合、上記油溜まりを、運転停止状態での潤滑油の油面として設定された静止油面よりも上位に設け、この油溜まりの底壁に上記下部油入口、側壁に上記上部油入口をそれぞれ設けるのが望ましい。
この構成によれば、潤滑油は、運転時にせり上がり、または飛散したもののみが油溜まりに導入され、運転停止状態では侵入しないため、運転時の油溜まりの収容油量が殺がれるおそれがない。
また、上記下部油入口を、上記油溜まりの底壁に油溜まりの水平断面積よりも小さな水平断面積を備えた油出口兼用の穴として形成するのが望ましい。
この構成によれば、下部油入口が、運転停止後に油溜まりから油を排出するための油出口を兼ねるため、専用の油出口を別に設ける場合と比較してブレーキピストンの加工が容易となる。
前記の共通の特徴に加え、第２の発明は、さらに、上記ブレーキピストンに、上記押圧力を加えるためのバネが収容されるバネ室を円周方向の複数個所に設け、上記バネ室の一部または全部を上記油溜まりとして兼用するように構成することを特徴とする。
このように、ブレーキピストンの必須要素として元々設けられているバネ室の一部または全部を油溜まりとして兼用することにより、新設すべき油溜まりの数が少なくてすむため、ブレーキピストンの加工が容易でコストが安くてすむ。
前記の共通の特徴に加え、第３の発明は、さらに、上記ブレーキ板を上記ブレーキピストンの下方に、ブレーキピストンによって下向きに押圧される状態で設け、このブレーキ板の上面における円周方向複数個所に放射状に延びる凹溝を設けることを特徴とする。
この構成によれば、凹溝付きのブレーキ板の回転によって潤滑油がブレーキピストンに向けて押し上げられるため、とくにすり鉢油面のせり上がり分が油溜まりにより導入され易くなる。
本発明によると、運転中、上昇する潤滑油を効率良くかつ十分な量で貯留して攪拌エネルギーロスを確実に低減し、しかも外部に余分な設備を設けずに構造の簡素化及び小型化を実現することができる。
本発明の第１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中の丸囲い部分をさらに拡大した図である。 ブレーキピストンの水平断面図である。 ブレーキ板の斜視図である。 本発明の第２実施形態を示す図４相当図である。
以下の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、減速機のケーシング内に潤滑油が注入さ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。
第１実施形態(図１〜図４参照)
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(以下、単にケーシングという)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に取付ボルト８…によって取付けられる。
減速機２は、ケーシング４内で一〜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、この各段減速部９〜１１を潤滑するための潤滑油Ｏがケーシング４内に注入される。
この潤滑油Ｏの油面は、運転停止時には図１，２に示すように最上段(最高速段)の減速部９のほぼ下半部が没するレベルで水平(静止油面)となる。
一方、運転中は、各段減速部９〜１１の回転によって潤滑油Ｏが攪拌されるとともに、回転に伴う遠心力により油面外周側がケーシング内壁沿いにせり上がって油面全体としてすり鉢状となり(図１〜図３の二点鎖線で示す状態)、また減速部９〜１１のポンピング作用によって上向き各方向に飛散する。
以下、ケーシング内壁沿いにせり上がった潤滑油、及び上向きに飛散した潤滑油をまとめて「上昇した潤滑油」という場合がある。
各段減速部９〜１１は、サンギヤＳと、スパイダ(キャリアともいう)１２，１３，１４を介してこのサンギヤＳの周りに設けられた複数のプラネタリギヤＰと、ケーシング内周に設けられたリングギヤＲとから成り、周知のようにプラネタリギヤＰ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。
なお、第１段減速部９のサンギヤＳ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Ｓ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Ｓは同、第２回転軸１８にそれぞれ取付けられている。
また、減速機２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。
このブレーキ機構１９は、バネ２０…によって下向きに押圧される厚肉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回転軸側及びケーシング側両ブレーキ板２３，２４とによって構成される。
ブレーキピストン２１には、バネ２０…が収容されるバネ室２５…が円周方向の複数個所に底面を有する丸穴として設けられるとともに、円周方向のバネ室２５…間の部分に油溜まり２６…が、バネ室２５…と同じ底面付きの丸穴として設けられ、運転時に上昇する潤滑油をこのバネ室２５…及び油溜まり２６…に導入して貯留するように構成されている。
いいかえれば、本来はバネ２０…を収容するための、ブレーキ機構１９の必須要素であるすべてのバネ室２５…が油溜まりを兼用するようになっている。
ブレーキピストン２１は、油溜まり(バネ室２５…及び油溜まり２６…)の底面が静止油面よりも上位に位置する状態で、ケーシング４内の外周部にケーシング内周面に沿って上下移動可能な状態で設けられている。
図４において、バネ室２５…と油溜まり２６…を区別するためにバネ室２５…を太線で示している。
なお、ブレーキピストン２１の上方には、バネ２０…の上端を受けるバネ受け２７が設けられ、このバネ受け２７によってバネ室２５…及び油溜まり２６…の上面開口が閉塞される。
バネ室２５…と油溜まり２６…は、直径、深さ、底面レベルとも全く同じ同一の丸穴として形成するのが加工上望ましいが、直径または深さが異なる丸穴として形成してもよい。
一方、バネ室２５…及び油溜まり２６…の底壁に、油出口を兼用する下部油入口２８…が、油溜まり２６の水平断面積(直径寸法)よりも小さな水平断面積(直径寸法)を備えた上下方向の貫通穴として設けられるとともに、内周側の側壁に上部油入口２９…が左右方向の貫通穴として設けられている。
なお、上部油入口２９…の内周側には第１段減速部９のリングギヤＲが、上部油入口２９…を塞ぐ状態で配置されるため、このリングギヤＲの、上部油入口２９…を塞ぐ部分に、上部油入口２９…をケーシング内に連通させるための連通穴３０…が設けられている。
回転軸側ブレーキ板２３はリング状に形成され、ブレーキピストン２１の下方において第１段減速部９のスパイダ１２の外周にスプライン結合され、スパイダ１２と一体回転可能でかつ上下移動可能となっている。
このスパイダ１２は、第１回転軸１７の外周にスプライン結合されることにより、第１回転軸１７と一体回転する状態で取付けられている。
一方、ケーシング側ブレーキ板２４は、第２分割ケーシング４ｂの内周面にスプライン結合によって回転不能でかつ上下移動可能に取付けられている。
このブレーキ機構１９においては、運転時に、圧力室２２に油圧が導入されることによりブレーキピストン２１が上昇してブレーキ解除される。
一方、運転停止時に、上記油圧が解放されることによりブレーキピストン２１がバネ力で両側ブレーキ板２３，２４に押し付けられ、この押圧力により両側ブレーキ板２３，２４同士が圧接してブレーキ力を発揮し、このブレーキ力により第１回転軸１７、ひいては第２回転軸１８、減速出力軸５が回転不能に制動される。
ここで、図３，５に示すように、回転軸側ブレーキ板２３の上面における円周方向の複数個所に放射状に延びる凹溝３１…が設けられ、この凹溝付きの同ブレーキ板２３の回転によって潤滑油がブレーキピストン２１に向けて押し上げられるように構成されている。
なお、凹溝３１…は一定幅の直線状としてもよいし、図示のように外周に向かって先広がり状に形成してもよい。
以上の構成において、運転中(モータ１の回転中)、減速部９〜１１の回転による遠心力やポンピング作用によって潤滑油面の外周側せり上がると、このせり上がり分が図２，３中に実線矢印で示すように下部油入口２８からバネ室２５…及び油溜まり２６…に導入されて貯留される。
一方、上向きに飛散する潤滑油は、破線矢印で示すように連通穴３０、上部油入口２９を介してバネ室２５…及び油溜まり２６…に侵入し貯留される。
そして、運転停止後、貯留された潤滑油は、下部油入口２８…を通じてケーシング４内に徐々に戻される。
この旋回駆動装置によると、ブレーキ機構付きの減速機ではブレーキピストン２１という、十分な表面積と体積を持った部材を備えている点、及びこのブレーキピストン２１はケーシング４内の潤滑油面及び減速部９〜１１の近くに配置される点に着目し、ブレーキピストン２１の円周方向複数個所に油溜まり(バネ室２５…及び油溜まり２６…)と、油溜まりに潤滑油を導入する下部及び上部油入口２８，２９を設けたから、運転中、ケーシング４内で上昇した潤滑油をケーシング４内で下部及び上部油入口２８，２９からバネ室２５…及び油溜まり２６に導いて効率よく貯留し、運転停止後、油出口を兼ねる下部油入口２９からケーシング４内に戻すことができる。
このため、公知技術のように細い通路を通してケーシング外のタンクに導入・貯留する比較して、潤滑油の溜め、戻しがスムーズに行われる。
また、元々、十分な表面積と体積を持ったブレーキピストン２１に油溜まりを設けることで、油溜まりの総容量を十分大きくとることができる。
これらの点により、減速部９〜１１の攪拌エネルギーロスを確実に低減することができる。
とくに、短時間で運転／停止を繰り返す旋回駆動装置においては、油溜まりに貯留した潤滑油が戻りきらない状態(ケーシング４内の潤滑油レベルが低い状態)から減速部９〜１１が動き出すことになるため、減速部９〜１１の攪拌エネルギーロスの低減効果が高いものとなる。
しかも、公知技術のような余分な外部設備や通路が不要となって構造を簡素化及び小型化でき、大幅なコストアップや周辺レイアウトに悪影響を与えるおそれもない。
また、実施形態によると次の効果を得ることができる。
(ｉ) 運転時にすり鉢状となった油面の外周せり上がり分が下部油入口２８から、減速部９〜１１の攪拌作用によって上向き各方向に飛散する油が上部油入口２９からそれぞれ油溜まりに導入されるため、上昇する潤滑油を効率良く油溜まりに貯留することができる。
(ｉｉ) 油溜まり(バネ室２５及び油溜まり２６)を、静止油面よりも上位に設け、この油溜まりの底壁に下部油入口２８、側壁に上部油入口２９をそれぞれ設けたから、潤滑油は、運転時にせり上がり、または飛散したもののみが油溜まりに導入され、運転停止状態では侵入しない。このため、運転時の油溜まりの収容油量が殺がれるおそれがない。
(ｉｉｉ) 下部油入口２８を、油溜まりの底壁に油溜まりの水平断面積よりも小さな水平断面積を備えた油出口兼用の穴として形成しているため、専用の油出口を別に設ける場合と比較してブレーキピストン２１の加工が容易となる。
(ｉｖ) ブレーキピストン２１の必須要素として元々設けられているバネ室２５…の全部を油溜まりとして兼用する構成としているため、新設すべき油溜まりの数が少なくてすむ。このため、ブレーキピストン２１の加工が容易でコストが安くてすむ。
(ｖ) 回転軸側ブレーキ板２３…をブレーキピストン２１の下方に、ブレーキピストン２１によって下向きに押圧される状態で設け、このブレーキ板２３…の上面における円周方向複数個所に放射状に延びる凹溝３１…を設けているため、この凹溝付きのブレーキ板２３…の回転によって潤滑油がブレーキピストン２１に向けて押し上げられる。このため、とくにすり鉢油面のせり上がり分が油溜まりにより導入され易くなる。
第２実施形態(図６参照)
第１実施形態との相違点のみを説明する。
第２実施形態においては、油溜まり２６…を、ブレーキピストン２１の円周方向複数個所(バネ室２５…間)に円周方向に長い長穴として形成している。
この油溜まり２６…に下部及び上部油入口２８，２９を設ける点は第１実施形態と同じである。
この場合、図示のように両油入口２８，２９を一つの油溜まり２６に一つずつ設けてもよいし、複数ずつ設けてもよい。
この第２実施形態によっても、第１実施形態と基本的に同じ作用効果を得ることができる。
他の実施形態
(１) 上記実施形態では、回転軸側ブレーキ板２３を第１段減速部９のスパイダ外周にスプライン結合する構成をとったが、同ブレーキ板２３をスパイダ１２の外周にボルト結合してもよいし、スパイダ１２の一部としてスパイダ１２と一体に成形してもよい。
あるいは、同ブレーキ板２３を、スパイダ１２とは無関係に第１回転軸１７に取付けてもよい。
(２) 上記実施形態では、バネ室２５…の全部を油溜まりとして兼用する構成をとったが、一部のみを油溜まりとして兼用する構成をとってもよい。あるいは、全バネ室２５…を油溜まりとして兼用しない構成をとってもよい。
１ モータ
２ 減速機
４ 減速機のケーシング
Ｏ 潤滑油
５ 減速出力軸
９〜１１ 各段減速部
Ｓ 減速部を構成するサンギヤ
Ｐ 同、プラネタリギヤ
Ｒ 同、リングギヤ
１９ ブレーキ機構
２０ バネ
２１ ブレーキピストン
２２ 圧力室
２３ 回転軸側ブレーキ板
２４ ケーシング側ブレーキ板
２５ 油溜まりを兼用するバネ室
２６ 油溜まり
２８ 油出口を兼用する下部油入口
２９ 上部油入口
３１ 凹溝

Claims (5)

  1. 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減速して被駆動部に伝達する減速機を、互いの回転軸の中心が一致する状態で上記モータを上にして上下方向に並設し、上記減速機のケーシング内に潤滑油を注入するとともに、上記減速機の回転軸に制動力を付与するブレーキ機構を上記ケーシング内に設け、このブレーキ機構は、ブレーキピストンと、このブレーキピストンの押圧力によってブレーキ力を発揮するブレーキ板を備えた建設機械の駆動装置において、上記ブレーキピストンの円周方向の複数個所に、潤滑油を貯留しうる空間としての油溜まりを設け、かつ、運転時に遠心力等によって上昇する潤滑油を上記油溜まりに導入する油入口と、上記油溜まりに貯留した潤滑油を排出する油出口を設け、上記ブレーキピストンを上記減速機のケーシング内の外周側に設け、上記油入口として、運転時にすり鉢状となる油面の外周側の潤滑油を上記油溜まりの下方から導入する下部油入口と、運転時に上向きに飛散する潤滑油を上記油溜まりの側方から導入する上部油入口を設けたことを特徴とする建設機械の駆動装置。
  2. 上記油溜まりを、運転停止状態での潤滑油の油面として設定された静止油面よりも上位に設け、この油溜まりの底壁に上記下部油入口、油溜まりの内周側の側壁に上記上部油入口をそれぞれ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。
  3. 上記下部油入口を、上記油溜まりの水平断面積よりも小さな水平断面積を備えた油出口兼用の穴として形成したことを特徴とする請求項２記載の建設機械の駆動装置。
  4. 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減速して被駆動部に伝達する減速機を、互いの回転軸の中心が一致する状態で上記モータを上にして上下方向に並設し、上記減速機のケーシング内に潤滑油を注入するとともに、上記減速機の回転軸に制動力を付与するブレーキ機構を上記ケーシング内に設け、このブレーキ機構は、ブレーキピストンと、このブレーキピストンの押圧力によってブレーキ力を発揮するブレーキ板を備えた建設機械の駆動装置において、上記ブレーキピストンの円周方向の複数個所に、潤滑油を貯留しうる空間としての油溜まりを設け、かつ、運転時に遠心力等によって上昇する潤滑油を上記油溜まりに導入する油入口と、上記油溜まりに貯留した潤滑油を排出する油出口を設け、上記ブレーキピストンに、上記押圧力を加えるためのバネが収容されるバネ室を円周方向の複数個所に設け、上記バネ室の一部または全部を上記油溜まりとして兼用するように構成したことを特徴とする建設機械の駆動装置。
  5. 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減速して被駆動部に伝達する減速機を、互いの回転軸の中心が一致する状態で上記モータを上にして上下方向に並設し、上記減速機のケーシング内に潤滑油を注入するとともに、上記減速機の回転軸に制動力を付与するブレーキ機構を上記ケーシング内に設け、このブレーキ機構は、ブレーキピストンと、このブレーキピストンの押圧力によってブレーキ力を発揮するブレーキ板を備えた建設機械の駆動装置において、上記ブレーキピストンの円周方向の複数個所に、潤滑油を貯留しうる空間としての油溜まりを設け、かつ、運転時に遠心力等によって上昇する潤滑油を上記油溜まりに導入する油入口と、上記油溜まりに貯留した潤滑油を排出する油出口を設け、上記ブレーキ板を上記ブレーキピストンの下方に、ブレーキピストンによって下向きに押圧される状態で設け、このブレーキ板の上面における円周方向複数個所に放射状に延びる凹溝を設けたことを特徴とする建設機械の駆動装置。
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