JP2013213316A - 旋回駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 機械式ブレーキ以外のブレーキ装置により旋回体を停止状態に維持することができ、且つブレーキ力を発生するために多量の電力を必要としない旋回駆動装置を提供することを課題とする。
【解決手段】 旋回駆動装置は、旋回用電動機２１と、ブレーキ用油圧モータ４０と、旋回用電動機２１とブレーキ用油圧モータ４０との間に配置されたクラッチ機構５０とを有する。クラッチ機構５０は、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａとブレーキ用油圧モータ４０の回転軸４０Ａとの何れか一方と共に回転する回転シリンダ５１０を有する。回転シリンダ５１０は潤滑油を収容する密閉空間を形成する。
【選択図】 図５

Description

本発明は電動機を用いて旋回体を電動駆動する旋回駆動装置に関する。

一般的に、掘削作業等を行なうショベルには旋回体が設けられ、掘削作業を行なうためのブーム、アーム及びバケットが旋回体に設けられる。旋回体を旋回させることで、バケットをショベルの周囲の任意の位置に移動する。旋回用油圧モータで旋回体を旋回駆動することを油圧旋回と称する。また、旋回用電動モータで旋回体を旋回駆動することを電動旋回と称する。

電動旋回を採用したショベルでは、旋回用電動モータを駆動しないときには旋回用電動モータは自由に回転できる状態にあるので、旋回体に機械的にブレーキをかけて固定しておく。機械的にブレーキをかけるブレーキ装置は、摩擦力を用いて旋回体を固定するものであり、摩擦力を発生させる部品が摩耗するという問題を有している。ショベルの作業時には旋回体に大きな外力が作用するため、この大きな外力に抗してブレーキ力（摩擦力）を維持しなければならない。したがって、ブレーキ装置に加わる負荷が大きく、ブレーキ装置の摩擦力を発生する部分が短時間で摩耗してしまい、ブレーキ装置の寿命が短いという問題がある。

そこで、旋回用電動モータをゼロ速度制御することで旋回体を停止状態に維持することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。ゼロ速度制御とは、旋回用電動モータを常に駆動状態としておき、旋回用電動モータが外力により回転しようとしたら回転速度がゼロになるように、反対向きに回転するように駆動して回転速度をゼロに維持するという制御である。旋回用電動モータの回転速度をゼロに維持するということは、旋回用電動モータを回転させないことであり、旋回体は一定の位置に維持される。

特開２００５−２９９１０２号公報

旋回用電動モータをゼロ速度制御することで旋回体を停止状態に維持する制御では、旋回用電動モータを駆動して、旋回体に加わる外力を打ち消すような旋回力を発生させる。このため、旋回用電動モータを常時駆動しなければならず、旋回体を固定しておくために旋回用電動モータに電力を供給する必要がある。したがって、蓄電装置から多量の電力を旋回用電動モータに供給しなければならず、蓄電装置の充電率が急速に減少するおそれがある。また、作業を行なうためではなくブレーキをかけるためだけに旋回用電動モータで電力を消費するため、省電力の観点から好ましくない。

本発明は上述の問題点に鑑みなされたものであり、機械式ブレーキ以外のブレーキ装置により旋回体を停止状態に維持することができ、且つブレーキ力を発生するために多量の電力を必要としない旋回駆動装置を提供することを目的とする。

本発明によれば、旋回用電動機と、ブレーキ用油圧モータと、前記旋回用電動機と前記ブレーキ用油圧モータとの間に配置されたクラッチ機構とを有し、前記クラッチ機構は、前記旋回用電動機の回転軸と前記ブレーキ用油圧モータの回転軸との何れか一方と共に回転する回転シリンダを有し、該回転シリンダは潤滑油を収容する密閉空間を形成することを特徴とする旋回駆動装置が提供される。

上述の発明によれば、機械式ブレーキ以外のブレーキ装置により旋回体を停止状態に維持することができ、且つブレーキ力を発生するために多量の電力を消費することを防止できる。

ハイブリッド式ショベルの側面図である。 ハイブリッド式ショベルの駆動系の構成を示すブロック図である。 蓄電系の構成を示すブロック図である。 旋回駆動装置の全体構成を示すブロック図である。 一実施形態による旋回駆動装置のクラッチ機構の断面図である。 図５に示すクラッチ機構の変形例の断面図である。

図１は、本発明が適用される旋回駆動装置を有するハイブリッド式ショベルを示す側面図である。

ハイブリッド式ショベルの下部走行体１には、旋回機構２を介して上部旋回体３が搭載されている。上部旋回体３には、ブーム４が取り付けられている。ブーム４の先端に、アーム５が取り付けられ、アーム５の先端にバケット６が取り付けられている。ブーム４，アーム５及びバケット６は、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９によりそれぞれ油圧駆動される。上部旋回体３には、キャビン１０が設けられ、且つエンジン等の動力源が搭載される。

なお、本発明が適用可能な旋回駆動装置を有するショベルは、ハイブリッド式ショベルに限られない。電動旋回を採用したショベルであれば、例えば外部電源から充電電力が供給される電気駆動式ショベルにも本発明を適用することができる。

図２は、本発明の一実施形態による旋回駆動装置を有するハイブリッド式ショベルの駆動系の構成を示すブロック図である。図２において、機械的動力系は二重線、高圧油圧ラインは実線、パイロットラインは破線、電気駆動・制御系は実線でそれぞれ示されている。

機械式駆動部としてのエンジン１１と、アシスト駆動部としての電動発電機１２は、変速機１３の２つの入力軸にそれぞれ接続されている。変速機１３の出力軸には、油圧ポンプとしてメインポンプ１４及びパイロットポンプ１５が接続されている。メインポンプ１４には、高圧油圧ライン１６を介してコントロールバルブ１７が接続されている。

コントロールバルブ１７は、ハイブリッド式ショベルにおける油圧系の制御を行う制御装置である。下部走行体１用の油圧モータ１Ａ（右用）及び１Ｂ（左用）、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９は、高圧油圧ラインを介してコントロールバルブ１７に接続される。

電動発電機１２には、インバータ１８Ａを介して、蓄電器としてのキャパシタを含む蓄電系（蓄電装置）１２０が接続される。蓄電系１２０には、インバータ２０を介して電動作業要素としての旋回用電動機２１が接続されている。旋回用電動機２１の回転軸２１Ａの一端側には、旋回減速機２４が接続される。旋回減速機２４の回転軸２４Ａには、メカニカルブレーキ２３が設けられる。メカニカルブレーキ２３が設けられた回転軸２４Ａは旋回機構２に接続される。旋回用電動機２１の回転軸２１Ａの他端側には、レゾルバ２２及びクラッチ５０を介して油圧モータ４０が接続される。油圧モータ４０は旋回機構２のブレーキとして機能するように構成された油圧モータである。すなわち、油圧モータ４０は旋回用電動機２１の回転軸２１Ａの回転を制止するように機能し、結果として旋回機構２を介して旋回用電動機２１により駆動される上部旋回体３にブレーキをかけることができる。

ここで、旋回用電動機２１が上部旋回体３を旋回駆動するための旋回用電動モータに相当し、メカニカルブレーキ２３は、上部旋回体３の旋回停止時に機械的にブレーキをかけておく駐車ブレーキ装置に相当する。

パイロットポンプ１５には、パイロットライン２５を介して操作装置２６が接続される。操作装置２６は、レバー２６Ａ、レバー２６Ｂ、ペダル２６Ｃを含む。レバー２６Ａ、レバー２６Ｂ、及びペダル２６Ｃは、油圧ライン２７及び２８を介して、コントロールバルブ１７及び圧力センサ２９にそれぞれ接続される。圧力センサ２９は、電気系の駆動制御を行うコントローラ３０に接続されている。

図３は蓄電系１２０の構成を示すブロック図である。蓄電系１２０は、蓄電器としてのキャパシタ１９と、昇降圧コンバータ１００とＤＣバス１１０とを含む。第２の蓄電器としてのＤＣバス１１０は、第１の蓄電器としてのキャパシタ１９、電動発電機１２、及び旋回用電動機２１の間での電力の授受を制御する。キャパシタ１９には、キャパシタ電圧値を検出するためのキャパシタ電圧検出部１１２と、キャパシタ電流値を検出するためのキャパシタ電流検出部１１３が設けられている。キャパシタ電圧検出部１１２とキャパシタ電流検出部１１３によって検出されるキャパシタ電圧値とキャパシタ電流値は、コントローラ３０に供給される。

昇降圧コンバータ１００は、電動発電機１２及び旋回用電動機２１の運転状態に応じて、ＤＣバス電圧値を一定の範囲内に収まるように昇圧動作と降圧動作を切り替える制御を行う。ＤＣバス１１０は、インバータ１８Ａ及び２０と昇降圧コンバータ１００との間に配設されており、キャパシタ１９、電動発電機１２、及び旋回用電動機２１の間での電力の授受を行う。

図２に戻り、コントローラ３０は、ハイブリッド式ショベルの駆動制御を行う主制御部としての制御装置である。コントローラ３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）及び内部メモリを含む演算処理装置で構成され、ＣＰＵが内部メモリに格納された駆動制御用のプログラムを実行することにより実現される装置である。

コントローラ３０は、圧力センサ２９から供給される信号を速度指令に変換し、旋回用電動機２１の駆動制御を行う。圧力センサ２９から供給される信号は、旋回機構２を旋回させるために操作装置２６を操作した場合の操作量を表す信号に相当する。

コントローラ３０は、電動発電機１２の運転制御（電動（アシスト）運転又は発電運転の切り替え）を行うとともに、昇降圧制御部としての昇降圧コンバータ１００を駆動制御することによるキャパシタ１９の充放電制御を行う。コントローラ３０は、キャパシタ１９の充電状態、電動発電機１２の運転状態（電動（アシスト）運転又は発電運転）、及び旋回用電動機２１の運転状態（力行運転又は回生運転）に基づいて、昇降圧コンバータ１００の昇圧動作と降圧動作の切替制御を行い、これによりキャパシタ１９の充放電制御を行う。

この昇降圧コンバータ１００の昇圧動作と降圧動作の切替制御は、ＤＣバス電圧検出部１１１によって検出されるＤＣバス電圧値、キャパシタ電圧検出部１１２によって検出されるキャパシタ電圧値、及びキャパシタ電流検出部１１３によって検出されるキャパシタ電流値に基づいて行われる。

以上のような構成において、アシストモータである電動発電機１２が発電した電力は、インバータ１８Ａを介して蓄電系１２０のＤＣバス１１０に供給され、昇降圧コンバータ１００を介してキャパシタ１９に供給される。旋回用電動機２１が回生運転して生成した回生電力は、インバータ２０を介して蓄電系１２０のＤＣバス１１０に供給され、昇降圧コンバータ１００を介してキャパシタ１９に供給される。

旋回用電動機２１の回転速度（角速度ω）はレゾルバ２２により検出される。また、ブーム４の角度（ブーム角度θＢ）はブーム４の支持軸に設けられたロータリエンコーダ等のブーム角度センサ７Ｂにより検出される。コントローラ３０は、旋回用電動機２１の角速度ωに基づいて推定旋回回生電力（エネルギ）を演算で求める。そして、コントローラ３０は、演算で求めた推定旋回回生電力に基づいて、ＳＯＣの回生見込み目標値を演算により求める。コントローラ３０は、キャパシタ１９のＳＯＣを、求めた回生見込み目標値に近づけるようにハイブリッド式ショベルの各部を制御する。

上述のような構成のハイブリッド式ショベルによる作業では、上部旋回体３を一定の旋回位置に保持しながらブーム４，アーム５、バケット６を駆動して掘削作業等を行なうことがある。このときは、上部旋回体３が外力により旋回してしまわないように、メカニカルブレーキ２３によりブレーキがかけられる。メカニカルブレーキ２３は、操作装置２６の旋回用操作レバー（例えば、レバー２６Ａ）が一定時間操作されないと、自動的に作動され、旋回用操作レバーが操作されると直ちに解除される。

上述のような構成のハイブリッド式ショベルでは、メカニカルブレーキ２３によりブレーキをかけながらブーム４，アーム５、バケット６による作業を行なう状態とならないようにする。すなわち、上部旋回体３を停止しながら作業を行なうときにはメカニカルブレーキ２３を解除し、その代わりに油圧を利用してブレーキ力を発生して上部旋回体３にブレーキをかけて停止した状態にする。油圧によるブレーキ力を発生させるための油圧機器として、本実施形態では、旋回ブレーキ用油圧モータが用いられる。旋回ブレーキ用油圧モータは上述の油圧モータ４０に相当する。

旋回用電動機２１の回転軸２１Ａに油圧モータ４０の回転軸４０Ａがクラッチ機構５０を介して機械的に接続される。旋回ブレーキ用油圧モータ４０は、ポート４０ａとポート４０ｂとを有する油圧ポンプである。旋回ブレーキ用油圧モータ４０の駆動軸が一方向に回転駆動されると、ポート４０ａが吸入ポートとなりポート４０ｂが吐出ポートとなって、作動油をポート４０ａからポート４０ｂの方向に流そうとする。旋回ブレーキ用油圧モータ４０の駆動軸が反対方向に回転駆動されると、ポート４０ｂが吸入ポートとなりポート４０ａが吐出ポートとなって、作動油をポート４０ｂからポート４０ａの方向に流そうとする。

ここで、ポート４０ａとポート４０ｂを閉鎖して作動油が流れないようにしておくと、旋回ブレーキ用油圧モータ４０の駆動軸は回転することができない。旋回ブレーキ用油圧モータ４０の駆動軸は旋回用電動機２１の出力軸に機械的に連結されているので、旋回ブレーキ用油圧モータ４０の駆動軸が回転できなくなると、旋回用電動機２１の出力軸も回転できなくなり、上部旋回体３も旋回できなくなる。したがて、旋回ブレーキ用油圧モータ４０のポート４０ａとポート４０ｂを閉鎖して作動油が流れないようにすることで、上部旋回体３にブレーキがかけられた状態となり、上部旋回体３を停止状態に維持することができる。

旋回ブレーキ用油圧モータ４０には油圧回路５０が接続されており、油圧回路５０により作動油の流れが抑制される。旋回ブレーキ用油圧モータ４０のポート４０ａに繋がる油路５０ａとポート４０ｂに繋がる油路５０ｂとが遮断した状態にされている。油路５０ａと油路５０ｂとを遮断することは、旋回ブレーキ用油圧モータ４０のポート４０ａとポート４０ｂを閉鎖することに相当する。したがって、油路５０ａと油路５０ｂとを遮断することで、上部旋回体３にブレーキをかけて停止状態に保持することができる。

油圧回路５０は、リリーフ弁５２Ａ，５２Ｂ及び逆止弁５４Ａ，５４Ｂを有する。リリーフ弁５２Ａ，５２Ｂ及び逆止弁５４Ａ，５４は、油路５０ａ及び油路５０ｂ内の油圧が高くなり過ぎないように、油圧を逃がすために設けられる。例えば、上部旋回体３に作用する外力（旋回力）が非常に大きくなり、油路５０ｂ内の油圧が過度に上昇してリリーフ弁５２Ｂのリリーフ圧を超えると、高圧の作動油はリリーフ弁５２Ｂから流れ出て、逆止弁５４Ａを通り、油路５０ａに流れる。これにより、油路５０ｂ内の油圧は低下し、リリーフ弁５２Ｂのリリーフ圧以下に保たれる。油路５０ａ内の油圧が過度に上昇した場合も、同様に、リリーフ弁５２Ａのリリーフ圧以下に保たれる。このため、旋回駆動系を構成する部品の損傷を防止することができる。

上述のような構成のハイブリッド式ショベルでは、図２に示すように、旋回用電動機２１（電動モータ）を中心にして、一端側に旋回減速機２４（遊星減速機）とメカニカルブレーキ２３（ディスクブレーキ）が設けられ、他端側にレゾルバ２２とクラッチ機構５０と油圧モータ４０（油圧ブレーキ）とが設けられる。これら構成部品は一体に組み込まれ、旋回駆動装置２００を構成する。

図４は旋回駆動装置２００の基本的構成を示すブロック図である。メカニカルブレーキ２３が設けられた旋回減速機２４の回転軸２４Ａが、旋回駆動装置２００の出力軸として旋回機構２に接続される。旋回駆動装置２００は、その構成部品の回転軸が垂直に一列となるように積み重ねられて構成された縦型電動旋回駆動装置とすることで、小型化が図られている。特に、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａと油圧モータ４０の回転軸４０Ａとを機械的に接続又は分離するクラッチ機構５０の構造を工夫することで、旋回駆動装置２００の構造を簡略化し、小型化している。

以上の構成において、旋回用電動機２１は第１の回転装置に相当し、油圧モータ４０は第２の回転装置に相当する。そして、旋回駆動装置２００がショベルに組み込まれたときに、クラッチ機構５０は旋回用電動機２１の垂直方向上部に取り付けられた状態となり、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａと油圧モータ４０の回転軸４０Ａとは同軸で垂直方向に延在することとなる。

次に、旋回駆動装置２００のクラッチ機構５０について、図５を参照しながら詳細に説明する。図５は、旋回駆動装置２００のクラッチ機構５０の断面図である。

クラッチ機構５０は、旋回用電動機２１と油圧モータ４０との間に介在する、底面を有する円筒状のクラッチ収容ハウジング６００の内側に配置される。クラッチ収容ハウジング６００は、その底面部６００ｂが旋回用電動機２１の後端面に面するように、旋回用電動機２１のハウジングに対して固定される。旋回用電動機２１の後端面から延出する回転軸２１Ａは、底面部６００ｂの中央の開口を貫通して、クラッチ収容ハウジング６００内に延在する。底面部６００ｂの中央の開口の内面にオイルシール６１０が取り付けられ、旋回用電動機２１の後端面から延出する回転軸２１Ａの外周面と底面部６００ｂの中央の開口の内面との間をシールしている。

クラッチ収容ハウジング６００の内側にクラッチケース５１０が収容される。クラッチケース５１０は、下側クラッチケース５１２と上側クラッチケース５１４とに分かれているが、ネジ止め（図示せず）等で互いに強固に固定される。

下側クラッチケース５１２の内側にピストン５２０が、クラッチ機構５０の軸方向に移動可能に配置される。クラッチ機構５０の軸方向は、旋回用電動機２１の回転軸と油圧モータ４０の回転軸４０Ａの軸方向に一致している。下側クラッチケース５１２の軸方向に垂直な面とピストン５２０の軸方向に垂直な面の両方には、摩擦係数の大きな固定板５３０Ａ及び５３０Ｂが、互いに対向する状態で設けられている。そして、固定板５３０Ａ及び５３０Ｂの間に、回転軸２１Ａから延在するクラッチ板５４０が延在している。クラッチ板５４０は、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａに対してスプライン接続されており、クラッチ機構５０の軸方向に移動可能である。また、固定板５３０Ａ及び５３０Ｂに摩擦材を接着させるのではなく、クラッチ板５４０の両面に摩擦材を接着させるようにしてもよい。

なお、下側クラッチケース５１２はベアリング５５０を介してクラッチ収容ハウジング６００に回転可能に取付けられている。これにより、下側クラッチケース５１２に設けられた固定板５３０Ａも回転可能である。また、ピストン５２０に設けられた固定板５３０Ｂは、ピストン５２０と共に回転可能であり且つ軸方向に移動可能である。

ピストン５２０と上側クラッチケース５１４との間でピストン５２０の内側には、２枚の皿ばね５６０が配置されている。ピストン５２０と皿ばね５６０とがベアリングケース５１０の内部に組み込まれた状態で、皿ばね５６０は圧縮されており、したがって、皿ばね５６０はピストン５２０を押圧している。これにより、固定板５３０Ｂがクラッチ板５４０に押圧され、クラッチ板５４０は固定板５３０Ａと５３０Ｂとの間に挟まれた状態で押圧され、クラッチ板５４０とクラッチケース５１０は互いに固定されて相対的に回転できない状態となる。なお、本実施形態では２枚の皿ばね５６０が用いられているが、必要な押圧力と変位とにより皿ばね５６０の枚数を適宜変更することが好ましい。

一方、ピストン５２０と下側クラッチケース５１４との間には、油だめの凹部となる作動油空間５２５が形成されている。作動油空間５２５はピストン５２０の外周に沿った円環状の空間であり、下側クラッチケース５２０に形成された複数の貫通孔５２２（作動油孔）に連通している。下側クラッチケース５２０の貫通孔５２２は、クラッチ収容ハウジング６００の内面に形成された環状の溝部６０２に連通している。さらに、クラッチ収容ハウジング６００の側壁部６００ａを貫通して形成されたクラッチ解除ポート６０４が溝部６０２に連通している。

以上のような構成において、クラッチ解除ポート６０４に高圧の作動油を供給すると、作動油は、環状の溝部６０２と貫通孔５２２を介して作動油空間５２５に充填される。すると、作動油空間５２５内の作動油の圧力により、皿ばね５６０の押圧力に抗してピストン５２０が押し上げられる。これにより、固定板５３０Ｂによるクラッチ板５４０への押圧力は無くなり、クラッチ機構５０によるクラッチ板５４０（すなわち、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａ）のクラッチケース５１０への固定は解除される。作動油空間５２５への作動油の供給を遮断すれば、ピストン５２０は再び皿バネ５６０により押圧され、クラッチ板５４０が固定板５３０Ａと５３０Ｂとの間に挟まれて、クラッチ板５４０（すなわち、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａ）はクラッチケース５１０に対して固定される。

ここで、クラッチケース５１０の上側クラッチケース５１４は、油圧モータの回転軸４０Ａに対してスプライン接続されており、油圧モータ４０の回転軸４０Ａと一体となって回転するようになっている。クラッチケース５１０は回転シリンダとして形成されており、油圧モータ４０の回転軸４０Ａが回転すればクラッチケース５１０も回転する。しかし、油圧モータ４０の回転軸４０Ａが回転できないようにポート４０ａ及び４０ｂが遮断されていると、クラッチケース５１０の回転は制止され、これにより、クラッチ機構５０を介して接続されている旋回用電動機２１の回転軸２１Ａの回転も制止される。これが、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａに対するブレーキとなり、旋回機構２に作用するブレーキとなる。以上のように、クラッチ機構５０と油圧モータ４０とで、旋回機構２（すなわち、上部旋回体）の旋回動作に対するブレーキが構成される。

ここで、図５に示すクラッチ機構５０における力の伝達経路についてさらに説明する。旋回用電動機２１の回転軸２１Ａの回転力は、まず、クラッチ板５４０に伝達され、クラッチ板５４０が回転しようとする。クラッチ板５４０が固定板５３０Ａ，５３０Ｂにより押圧されていない状態では、そのままクラッチ板５４０は回転している。このとき、クラッチ板５４０と固定板５３０Ａ，５３０Ｂとの間には潤滑油の膜が生成されており、クラッチ板５４０はほぼ自由に回転することができる。

ブレーキ解除ポート６０４を介して作動油空間５２５に供給されている作動油の油圧が低くなると、ピストン５２０は皿バネ５６０のバネ力により下方に変位する。これにより、クラッチ板５４０は固定板５３０Ａ及び５３０Ｂの間に挟まれた状態となり、クラッチ板５４０は、下側クラッチケース５１２に固定された固定板５３０Ｂに対して皿ばね５６０のバネ力により押圧される。これにより、クラッチ板５４０の回転力は固定板５３０Ｂを介して下側クラッチケース５１２に伝達される。

下側クラッチケース５１２は上側クラッチケース５１４に強固に固定された状態になるため、下側クラッチケース５１２の回転力は、上側クラッチケース５１４に伝達される。上側クラッチケース５１４は油圧モータ４０の回転軸にスプライン接続されているので、上側クラッチケース５１４に伝達された回転力は、スプラインを介して油圧モータ４０の回転軸４０Ａに伝達される。

以上のような経路で、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａの回転力は油圧モータ４０の回転軸４０Ａに伝達される。したがって、油圧モータ４０の回転軸４０Ａが回転できないようになっている場合、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａも回転できないこととなり、旋回用電動機２１にブレーキがかけられることとなる。

なお、クラッチ板５４０と固定板５３０Ａ及び５３０Ｂとを収容する空間には、潤滑油が充填されており、クラッチ機構５０は湿式クラッチを構成している。すなわち、クラッチケース５１０が回転可能なシリンダとして機能し、ピストン５２０とクラッチ板５４０と皿バネ５６０とを収容する密閉空間を形成しており、その中に潤滑油が充填されることで、小型の湿式クラッチが構成されている。

また、油圧モータ４０の回転軸４０Ａが上側からクラッチケース５１０の中に延在し、且つ、回転軸４０Ａと同軸で、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａが下側からクラッチケース５１０の中に延在している。ピストン５２０は中央に貫通開口を有しており、この貫通開口内に油圧モータ４０の回転軸４０Ａ及び旋回用電動機２１の回転軸２１Ａが延在している。さらに、皿バネ５６０も円環形状であり、中央の貫通孔に油圧モータ４０の回転軸４０Ａが延在している。

以上のような構成により、クラッチ機構５０の構造は簡素化され、部品点数の少ない小型のクラッチ機構となっている。

また、上述のクラッチ機構５０は、クラッチ収容ハウジング６００内に収まる構造で、小型化されている。クラッチ収容ハウジング６００は、油圧モータ４０のハウジングと旋回用電動機２１のハウジングとの間に固定されるが、クラッチ収容ハウジング６００を油圧モータ４０（第１の回転装置）のハウジングの一部として形成してもよく、旋回用電動機２１（第２の回転装置）のハウジングの一部として形成してもよい。組み立て性を考慮すると、オイルシール６１０を取り付けてからクラッチ板５４０を旋回用電動機２１の回転軸２１Ａにスプライン接続することが好ましく、クラッチ収容ハウジング６００を旋回用電動機２１のハウジングの一部として形成することが好ましい。

クラッチ収容ハウジング６００を、油圧モータ４０のハウジングの一部又は旋回用電動機２１のハウジングの一部として形成すると、クラッチ機構５０の主要部品は、クラッチケース５１０、ピストン５２０、クラッチ板５４０、ベアリング５５０、及び、皿バネ５６０のみであり、クラッチ機構５０の部品点数は少ない。

次に、上述のクラッチ機構５０の変形例について、図６を参照しながら説明する。図６はクラッチ機構５０の変形例を示す断面図である。図６において、図５に示す構成部品と同等な部品には同じ符号を付し、その説明は適宜省略する。

図６に示すクラッチ機構５０Ａでは、油圧モータ４０の回転軸４０Ａが延長され、延長された部分にクラッチ板５４０がスプライン接続される。一方、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａは、油圧モータ４０の回転軸５４０Ａが延長された分だけ短くなっており、この回転軸２１Ａに、下側クラッチケース５１２がスプライン接続される。すなわち、図５に示すクラッチ機構５０ではクラッチ板５４０が旋回用電動機２１の回転軸２１Ａに取り付けられ且つクラッチケース５０が油圧モータ４０の回転軸４０Ａに取り付けられているのに対し、図５に示すクラッチ機構５０Ａではクラッチ板５４０が油圧モータ４０の回転軸４０Ａに取り付けられ且つクラッチケース５０が旋回用電動機２１の回転軸２１Ａに取り付けられている。

ここで、図６に示すクラッチ機構５０Ａにおける力の伝達経路についてさらに説明する。旋回用電動機２１の回転軸２１Ａの回転力は、まず、スプラインを介して下側クラッチケース５１２に伝達され、下側クラッチケース５１２及び上側クラッチケース５１４（すなわちクラッチケース５１０）が回転しようとする。クラッチ板５４０が固定板５３０Ａ，５３０Ｂにより押圧されていない状態では、そのままクラッチケース５１０は回転している。このとき、クラッチ板５４０と固定板５３０Ａ，５３０Ｂとの間には潤滑油の膜が生成されており、クラッチケース５１０はほぼ自由に回転することができる。

ブレーキ解除ポート６０４を介して作動油空間５２５に供給されている作動油の油圧が低くなると、ピストン５２０は皿バネ５６０のバネ力により下方に変位する。これにより、クラッチ板５４０は固定板５３０Ａ及び５３０Ｂの間に挟まれた状態となり、クラッチ板５４０は、下側クラッチケース５１２に固定された固定板５３０Ｂに対して皿ばね５６０のバネ力により押圧される。これにより、クラッチケース５１０の回転力は固定板５３０Ｂを介してクラッチ板５４０に伝達される。

クラッチ板５４０は油圧モータ４０の回転軸４０Ａにスプライン接続されており、クラッチ板５４０の回転力は、油圧モータ４０の回転軸４０Ａに伝達される。

以上のような経路で、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａの回転力は油圧モータ４０の回転軸４０Ａに伝達される。したがって、油圧モータ４０の回転軸４０Ａが回転できないようになっている場合、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａも回転できないこととなり、旋回用電動機２１にブレーキがかけられることとなる。

１ 下部走行体
１Ａ，１Ｂ 油圧モータ
２ 旋回機構
３ 上部旋回体
４ ブーム
５ アーム
６ バケット
７ ブームシリンダ
７Ｂ ブーム角度センサ
８ アームシリンダ
９ バケットシリンダ
１０ キャビン
１１ エンジン
１２ 電動発電機
１３ 変速機
１４ メインポンプ
１５ パイロットポンプ
１６ 高圧油圧ライン
１７ コントロールバルブ
１８Ａ，２０ インバータ
１９ キャパシタ
２１ 旋回用電動機
２２ レゾルバ
２３ メカニカルブレーキ
２４ 旋回減速機
２５ パイロットライン
２６ 操作装置
２６Ａ，２６Ｂ レバー
２６Ｃ ペダル
２６Ｄ ボタンスイッチ
２７ 油圧ライン
２８ 油圧ライン
２９ 圧力センサ
３０ コントローラ
４０ 油圧モータ
４０ａ，４０ｂ ポート
５０，５０Ａ クラッチ機構
１００ 昇降圧コンバータ
１０１ リアクトル
１１０ ＤＣバス
１１１ ＤＣバス電圧検出部
１１２ キャパシタ電圧検出部
１１３ キャパシタ電流検出部
１２０ 蓄電系
２００ 旋回駆動装置
５１０ クラッチケース
５１２ 下側クラッチケース
５１４ 上側クラッチケース
５２０ ピストン
５２２ 貫通孔
５２５ 作動油空間
５３０Ａ，５３０Ｂ 固定板
５４０ クラッチ板
５５０ ベアリング
５６０ 皿バネ
６００ クラッチ収容ハウジング
６０２ 溝部
６０４ クラッチ解除ポート
６１０ オイルシール

Claims (4)

1. 旋回用電動機と、
   ブレーキ用油圧モータと、
   前記旋回用電動機と前記ブレーキ用油圧モータとの間に配置されたクラッチ機構と
   を有し、
   前記クラッチ機構は、前記旋回用電動機の回転軸と前記ブレーキ用油圧モータの回転軸との何れか一方と共に回転する回転シリンダを有し、
   該回転シリンダは潤滑油を収容する密閉空間を形成することを特徴とする旋回駆動装置。
2. 請求項１記載の旋回駆動装置であって、
   前記クラッチ機構は、
   クラッチ板と、
   該クラッチ板に対して押圧されるピストンと、
   該ピストンに押圧力を印加するバネと
   を前記回転シリンダ内に含み、
   前記旋回用電動機の回転軸と前記ブレーキ用油圧モータの回転軸との何れか一方は、前記ピストンを貫通して延在することを特徴とする旋回駆動装置。
3. 請求項２記載の旋回駆動装置であって、
   前記旋回用電動機の回転軸と前記ブレーキ用油圧モータの回転軸との何れか一方は、前記バネを貫通して延在することを特徴とする旋回駆動装置。
4. 請求項２又は３項記載の旋回駆動装置であって、
   前記ピストンは前記回転シリンダ内で軸方向に変位可能であり、
   前記ピストンの外面と前記回転シリンダの内面との間に形成される空間に接続された作動油孔が、前記回転シリンダの側壁部を貫通して形成されていることを特徴とする旋回駆動装置。

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