JP2014001548A - 建設機械の旋回装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動モータを回転源とする旋回装置の減速機に、油圧モータを回転源とする旋回装置の減速機を利用する。
【解決手段】減速機１２の上側に取付けられた電動式回転源２３のモータケーシング２４内に、電動モータ３１、ブレーキ装置３９、第１の動力伝達手段５０、第２の動力伝達手段５６を設ける。これにより、電動モータを回転源とする旋回装置の減速機に、油圧モータを回転源とする旋回装置の減速機を利用することができる。一方、電動モータ３１のモータ軸３５を水平方向に配置し、ブレーキ装置３９のブレーキ軸４２をモータ軸３５と平行して水平方向に配置することにより、ブレーキ装置３９を構成する非回転側ブレーキ板４５と回転側ブレーキ板４６との過度な摩擦係合によるロストルクを抑制することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えば油圧ショベル、油圧クレーン等の建設機械に用いられ、下部走行体上で上部旋回体を旋回させる建設機械の旋回装置に関する。

一般に、建設機械の代表例としての油圧ショベルは、自走可能な下部走行体と、該下部走行体上に旋回輪を介して旋回可能に搭載された上部旋回体と、該上部旋回体の前部側に設けられた作業装置とにより大略構成されている。そして、下部走行体と上部旋回体との間には旋回装置が設けられ、この旋回装置を作動させることにより下部走行体上で上部旋回体が旋回する構成となっている。

この場合、油圧ショベルの旋回装置は、通常、上部旋回体に取付けられた減速機と、該減速機の上側に設けられ減速機にモータ軸の回転を入力する旋回モータと、減速機によって減速されたモータ軸の回転を旋回輪に出力する出力軸とを備えて構成されている。

ここで、旋回モータには、一般的に油圧モータが使用され、減速機には、遊星歯車減速機が用いられている（例えば、特許文献１参照）。

また、旋回モータとして電動モータを用いた電動式の旋回装置が提案されており、この電動式の旋回装置は、電動モータの回転を減速機によって減速して出力軸に伝達することにより、下部走行体上で上部旋回体を旋回させている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００７−２４７８０４号公報 特開２００８−２３２２７０号公報

ここで、上述の電動式の旋回装置では、油圧モータと同程度の出力トルクを生じさせるために高速回転型の電動モータを用いている。そして、電動モータの回転数を油圧モータと同程度に減速させるため、三段の遊星歯車減速機構を備えた減速機を用いている。

このように、駆動源として高回転数の電動モータを適用した場合には、油圧モータを適用していたときの減速機に比べて減速機を増加する必要があり、油圧モータ式旋回装置の減速機をそのまま使用することができないという問題がある。

また、特許文献２の従来技術のように、減速機と、該減速機の上端側に取付けられた電動モータとの間にブレーキ装置を直列（縦置き）に配置した場合には、電動モータは高速回転しているので、ブレーキ装置のブレーキ板の自重による影響が大きく、ロストルクや発熱を生じるという問題がある。

本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、電動式回転源を用いた旋回装置に油圧モータを回転源とする旋回装置の減速機をそのまま用いることができ、かつロストルクや発熱を抑えることができる建設機械の旋回装置を提供することを目的としている。

上述した課題を解決するため、本発明は、下部走行体上に旋回輪を介して搭載された上部旋回体に上，下方向に延びるように取付けられた減速機と、該減速機の上側に取付けられ電力が供給されることにより回転し前記減速機に回転を伝達する電動式回転源と、前記減速機によって減速された回転を前記旋回輪に出力する出力軸とを備えてなる建設機械の旋回装置に適用される。

そして、請求項１の発明が採用する構成の特徴は、前記電動式回転源は、下端側が前記減速機に取付けられたモータケーシングと、該モータケーシング内に設けられモータ軸が水平方向に配置された電動モータと、該電動モータと前記減速機との間に位置して前記モータケーシング内に設けられ前記モータ軸と平行して水平方向に配置されたブレーキ軸を有し前記電動モータの回転に制動力を与えるブレーキ装置と、前記モータ軸の回転を前記ブレーキ軸に伝達する第１の動力伝達手段と、前記ブレーキ軸の回転を前記減速機に伝達する第２の動力伝達手段とにより構成したことにある。

請求項２の発明は、前記第１の動力伝達手段は、前記モータ軸に取付けられたヘリカルピニオンと、該ヘリカルピニオンと噛合し前記ブレーキ軸に取付けられたヘリカルギヤとにより構成したことにある。

請求項３の発明は、前記第２の動力伝達手段は、前記ブレーキ軸に取付けられたハイポイドピニオンと、該ハイポイドピニオンと噛合したハイポイドギヤと、該ハイポイドギヤに設けられ該ハイポイドギヤの回転を前記減速機に伝達する伝達軸とにより構成したことにある。

請求項４の発明は、前記モータ軸は、前記出力軸の軸中心線から水平面上でずらした位置に配置し、前記ブレーキ軸は、前記出力軸の軸中心線から水平面上でずらした位置に配置すると共に前記モータ軸と水平面で異なる位置に配置する構成としたことにある。

請求項１の発明によれば、モータケーシング内に電動モータ、ブレーキ装置、第１の動力伝達手段、第２の動力伝達手段を設け、このモータケーシングを減速機の上端側に取付けることにより、油圧モータを回転源とする旋回装置で用いられる減速機をそのまま利用して旋回装置を構成することができるので、コストを低減することができる。しかも、ブレーキ軸をモータ軸と平行して水平方向に配置することにより、ブレーキ装置を横置きに配置することができるので、ブレーキ装置を構成する各ブレーキ板が自重によって互いに接触することで発生するロストルクや発熱を抑制することができる。

請求項２の発明によれば、第１の動力伝達手段により、高速回転しているモータ軸を減速してブレーキ軸に伝達し、この減速されたブレーキ軸の回転を第２の動力伝達手段を介して減速機に伝達することができる。この場合、ブレーキ軸は、モータ軸の回転よりも減速されているので、ブレーキ装置を作動させたときのブレーキ板同士の摩擦熱を抑制することができ、ブレーキ装置の耐久性、信頼性を向上することができる。さらに、ヘリカルピニオンとヘリカルギヤとを噛合させてモータ軸の回転をブレーキ軸に伝達しているので、各ギヤの噛合いによる騒音を低減することができる。

請求項３の発明によれば、第１の動力伝達手段によって減速されたブレーキ軸の回転を第２の動力伝達手段によってさらに減速した状態で減速機に伝達することができる。これにより、電動式回転源は、第１，第２の動力伝達手段によって電動モータの回転を減速した後に、この減速された回転を減速機に伝達するので、油圧モータを回転源とする旋回装置に用いた減速機をそのまま流用した場合でも、出力軸に大きなトルクを伝達することができる。

請求項４の発明によれば、モータ軸とブレーキ軸とを出力軸の軸中心線と同心上に配置した縦置き型の旋回装置に比較して、旋回装置全体の上，下方向の寸法（高さ寸法）を抑えることができるので、上部旋回体にコンパクトに取付けることができる。

本発明による旋回装置を備えた油圧ショベルを示す正面図である。 図１中の矢示II−II方向からみた旋回装置の拡大図である。 図２中の矢示III−III方向からみた旋回装置の断面図である。 図３中のモータケーシング、電動モータ、ブレーキ装置、第１の動力伝達手段、第２の動力伝達手段を拡大して示す拡大断面図である。

以下、本発明に係る建設機械の旋回装置の実施の形態を、油圧ショベルに適用した場合を例に挙げ、図１ないし図４を参照しつつ詳細に説明する。

まず、１は建設機械の代表例である油圧ショベルを示し、該油圧ショベル１は、自走可能なクローラ式の下部走行体２と、該下部走行体２上に旋回可能に搭載された上部旋回体３とにより大略構成されている。上部旋回体３の前部側には作業装置４が俯仰動可能に設けられ、この作業装置４を用いて掘削作業等を行うものである。また、下部走行体２と上部旋回体３との間には後述の旋回輪５が設けられ、上部旋回体３は旋回輪５を介して下部走行体２上に旋回可能に搭載されている。

５は下部走行体２と上部旋回体３との間に設けられた旋回輪を示し、該旋回輪５は、図１に示す下部走行体２の支持筒体２Ａ上に固定された内輪５Ａと、上部旋回体３のベースとなる旋回フレーム３Ａの下面側に固定された外輪５Ｂと、内輪５Ａと外輪５Ｂとの間に設けられた多数の鋼球５Ｃ（１個のみ図示）とにより構成されている。また、内輪５Ａの内周側には、全周に亘って内歯５Ｄが形成されている。そして、後述の旋回装置１１が作動して旋回フレーム３Ａに固定された外輪５Ｂが内輪５Ａの周囲を回転することにより、上部旋回体３が下部走行体２上で旋回動作を行う構成となっている。

次に、本実施の形態による旋回装置１１について説明する。この旋回装置１１は、旋回輪５を介して下部走行体２上に支持された上部旋回体３を旋回させるもので、後述の減速機１２、電動式回転源２３、出力軸１８等により構成された電動式の旋回装置である。

１２は上部旋回体３の旋回フレーム３Ａ上に上，下方向に延びるように取付けられた減速機で、該減速機１２は、後述する電動式回転源２３から入力される入力回転を減速して出力軸１８に出力するものである。ここで、減速機１２は、後述の減速機ケーシング１３と、１段目の遊星歯車減速機構１６と、２段目の遊星歯車減速機構１７とにより大略構成されている。

１３は減速機１２の外殻をなす減速機ケーシングで、該減速機ケーシング１３は、旋回フレーム３Ａの上面側に取付けられた円筒状の下段ケーシング１４と、該下段ケーシング１４の上端側に取付けられた円筒状の上段ケーシング１５とからなり、旋回フレーム３Ａの上面から上，下方向に延びている。

下段ケーシング１４の下端側には、大径な環状の下フランジ部１４Ａが設けられ、該下フランジ部１４Ａは、ボルト１４Ｂを用いて旋回フレーム３Ａに締結されている。また、下段ケーシング１４の上端側には、下フランジ部１４Ａよりも小径な環状の上フランジ部１４Ｃが設けられている。

上段ケーシング１５の下端側には、環状の下フランジ部１５Ａが設けられ、該下フランジ部１５Ａは、ボルト１５Ｂを用いて下段ケーシング１４の上フランジ部１４Ｃに締結されている。また、上段ケーシング１５の上端側には上フランジ部１５Ｃが設けられ、該上フランジ部１５Ｃには、後述のモータケーシング２４の下面板２４Ｂが締結される構成となっている。一方、上段ケーシング１５の内周側には、上，下方向に離間して２つの内歯車１５Ｄ，１５Ｅが、それぞれ全周に亘って形成されている。

１６は減速機ケーシング１３の上段ケーシング１５内に配設された１段目（上段）の遊星歯車減速機構で、該遊星歯車減速機構１６は、後述する電動式回転源２３の伝達軸５９にスプライン結合された太陽歯車１６Ａと、該太陽歯車１６Ａと上段ケーシング１５の内歯車１５Ｄとに噛合し、太陽歯車１６Ａの周囲を自転しつつ公転する複数の遊星歯車１６Ｂ（１個のみ図示）と、該各遊星歯車１６Ｂを回転可能に支持するキャリア１６Ｃとにより構成されている。

１７は遊星歯車減速機構１６の下側に配設された２段目（下段）の遊星歯車減速機構で、該遊星歯車減速機構１７は、１段目の遊星歯車減速機構１６のキャリア１６Ｃにスプライン結合された太陽歯車１７Ａと、該太陽歯車１７Ａと上段ケーシング１５の内歯車１５Ｅとに噛合し、太陽歯車１７Ａの周囲を自転しつつ公転する複数の遊星歯車１７Ｂと、該各遊星歯車１７Ｂを回転可能に支持するキャリア１７Ｃとにより構成されている。そして、遊星歯車減速機構１７のキャリア１７Ｃは、後述する出力軸１８の上端側にスプライン結合される構成となっている。

１８は、減速機ケーシング１３内に回転可能に設けられた出力軸で、該出力軸１８は、下段ケーシング１４内に上，下の軸受１９，２０を介して回転可能に支持され、減速機ケーシング１３内を上，下方向に延びている。ここで、出力軸１８の上端側には雄スプライン部１８Ａが形成され、該雄スプライン部１８Ａは、２段目の遊星歯車減速機構１７のキャリア１７Ｃにスプライン結合されている。

一方、出力軸１８の下端側にはピニオン１８Ｂが一体に設けられ、該ピニオン１８Ｂは、下段ケーシング１４の下端部から下方に突出し、旋回輪５の内輪５Ａに設けられた内歯５Ｄに噛合している。これにより、減速機１２によって減速された回転を旋回輪５に出力することができる構成としている。

また、出力軸１８の下端側には、ピニオン１８Ｂと軸受２０との間に位置して円板状のスリーブ２１が挿嵌され、該スリーブ２１は出力軸１８と一体に回転する。そして、スリーブ２１の外周面には、下段ケーシング１４の下端部に設けられたオイルシール２２の内周面が液密に摺接している。

このように、減速機ケーシング１３の下端側をオイルシール２２によってシールすることにより、減速機ケーシング１３内には貯油空間が形成され、該貯油空間内に貯溜された潤滑油により、減速機１２を構成する各段の遊星歯車減速機構１６，１７を潤滑する構成となっている。

次に、減速機１２の上側に取付けられた電動式回転源２３について説明する。

２３は減速機１２の上側に取付けられた電動式回転源を示し、該電動式回転源２３は、電力が供給されることにより回転し、減速機１２に回転を伝達するものである。ここで、電動式回転源２３は、後述するモータケーシング２４と、電動モータ３１と、ブレーキ装置３９と、第１の動力伝達手段５０と、第２の動力伝達手段５６とにより大略構成されている。

２４は電動式回転源２３の外殻をなすモータケーシングを示し、該モータケーシング２４は、上面板２４Ａ、下面板２４Ｂ、前面板２４Ｃ、後面板２４Ｄ、左側面板２４Ｅ，右側面板２４Ｆを備えた箱状体として形成され、後述する電動モータ３１の蓋部３２Ｂ、ブレーキ装置３９のブレーキ筒体４０を含んで構成されている。

ここで、下面板２４Ｂの中央部には、モータケーシング２４内に向けて上，下方向に延びる下側円筒部２５が設けられ、該下側円筒部２５の内周側は、後述する伝達軸５９が挿通される軸挿通孔２５Ａとなっている。

一方、後面板２４Ｄの上側には、モータケーシング２４内に向けて前，後方向に延びる後側円筒部２６が設けられ、該後側円筒部２６の内周側は、前，後方向に貫通する貫通孔２６Ａとなっている。そして、後側円筒部２６は、後述する歯車軸５１の他端部を支持するもので、貫通孔２６Ａは蓋体２７によって閉塞されている。また、後面板２４Ｄの下側には、モータケーシング２４内に向けて前，後方向に延びる有底円筒状の軸支持部２８が設けられ、該軸支持部２８の内周側は、後述するブレーキ軸４２の他端部を支持する有底穴２８Ａとなっている。

さらに、モータケーシング２４の内部には、後面板２４Ｄに設けられた後側円筒部２６と間隔をもって前，後方向で対向する段付き円筒状の内側円筒部２９が固定されている。この内側円筒部２９の内周側には、後側円筒部２６の貫通孔２６Ａと同心上に配置された大径孔部２９Ａと小径孔部２９Ｂとが形成されている。この内側円筒部２９は、後述する歯車軸５１の一端側を支持するものである。

そして、モータケーシング２４の下面板２４Ｂを、減速機１２の上段ケーシング１５に設けられた上フランジ部１５Ｃにボルト３０を用いて締結することにより、減速機１２の上端側にモータケーシング２４が取付けられている。

次に、モータケーシング２４内に配置された電動モータ３１について説明する。

３１はモータケーシング２４の上側に配置された電動モータを示し、該電動モータ３１は、電力が供給されることにより旋回装置１１を駆動するものである。ここで、電動モータ３１は、後述のモータ筒体３２と、固定子３３と、回転子３４と、モータ軸３５とにより大略構成されている。

３２は電動モータ３１の外殻をなすモータ筒体を示し、該モータ筒体３２は、有底円筒状をなす円筒部３２Ａと、円板状の蓋部３２Ｂとにより構成されている。ここで、円筒部３２Ａは、前端側が開口端３２Ｃとなると共に後端側が底部３２Ｄとなり、開口端３２Ｃは、蓋部３２Ｂによって施蓋されている。また、円筒部３２Ａは、内側円筒部２９と前，後方向で間隔をもってモータケーシング２４の上面板２４Ａに取付けられている。この場合、図２に示すように、蓋部３２Ｂは、円筒部３２Ａの開口端３２Ｃを施蓋した状態で、モータケーシング２４の前面板２４Ｃの一部を構成するものである。

モータ筒体３２の底部３２Ｄには、前，後方向に貫通する大径孔部３２Ｅと小径孔部３２Ｆとが形成され、これら大径孔部３２Ｅおよび小径孔部３２Ｆは、モータケーシング２４内に設けられた内側円筒部２９の大径孔部２９Ａおよび小径孔部２９Ｂと同心上に配置されている。そして、底部３２Ｄの大径孔部３２Ｅおよび小径孔部３２Ｆは、後述するモータ軸３５の他端側を支持するものである。一方、モータ筒体３２の蓋部３２Ｂの中心部には、有底穴からなる軸支持穴３２Ｇが形成され、該軸支持穴３２Ｇは、モータ軸３５の一端部を支持するものである。

そして、モータ筒体３２を構成する円筒部３２Ａの内周側には、固定子３３が固定して設けられ、該固定子３３の内周側には、後述するモータ軸３５の外周側に取付けられた回転子３４が僅かな隙間をもって配置されている。

３５は電動モータのモータ軸を示し、該モータ軸３５は、出力軸１８と直交して前，後方向（水平方向）に延びている。該モータ軸３５の一端部は、モータ筒体３２の蓋部３２Ｂに設けられた軸支持穴３２Ｇに軸受３６を介して回転可能に支持され、モータ軸３５の他端側は、モータ筒体３２の底部３２Ｄに設けられた大径孔部３２Ｅ，小径孔部３２Ｆに、軸受３７，３８を介して回転可能に支持されている。モータ軸３５の他端部は、モータ筒体３２から内側円筒部２９に向けて突出し、後述する歯車軸５１の一端部にスプライン結合されている。また、モータ軸３５の中間部には上述の回転子３４が取付けられている。ここで、図２に示すように、モータ軸３５は、出力軸１８の軸中心線Ａ−Ａに対し水平面上でずらした位置に配置されている。

次に、電動モータ３１の回転に制動力を与えるブレーキ装置３９について説明する。

３９は電動モータ３１の下側に配置されたブレーキ装置を示している。該ブレーキ装置３９は、電動モータ３１と減速機１２との間に位置し、電動モータ３１の回転に制動力を与えるネガティブ型の湿式ブレーキ装置として構成されている。ここで、ブレーキ装置３９は、後述のブレーキ筒体４０、ブレーキ軸４２、非回転側ブレーキ板４５、回転側ブレーキ板４６、ブレーキピストン４７等により構成されている。

４０はモータケーシング２４の前面板２４Ｃから外部に突出して設けられたブレーキ筒体を示している。ここで、ブレーキ筒体４０は、有底円筒状をなす円筒部４０Ａと、段付き円板状の蓋部４０Ｂとにより構成されている。ここで、円筒部４０Ａは、前端側が開口端４０Ｃとなると共に後端側が底部４０Ｄとなり、開口端４０Ｃは、蓋部４０Ｂによって施蓋されている。

円筒部４０Ａの後端側には円板状のフランジ部４０Ｅが設けられ、該フランジ部４０Ｅは、モータケーシング２４の前面板２４Ｃおよびモータ筒体３２の蓋部３２Ｂに、複数のボルト４１を用いて取付けられている。これにより、ブレーキ筒体４０は、図２に示すように、モータ筒体３２の蓋部３２Ｂと共にモータケーシング２４の前面板２４Ｃの一部を構成している。

また、円筒部４０Ａの内周側は、大径孔部４０Ｆと小径孔部４０Ｇとからなる段付き形状を有し、これら大径孔部４０Ｆおよび小径孔部４０Ｇの内周側には、後述のブレーキピストン４７が挿嵌されている。一方、蓋部４０Ｂの中心部には有底穴４０Ｈが形成され、該有底穴４０Ｈは、モータケーシング２４の後面板２４Ｄに設けられた軸支持部２８の有底穴２８Ａと同心上に配置されている。

４２はモータ軸３５の下側に配置されたブレーキ軸を示し、該ブレーキ軸４２は、出力軸１８と直交して前，後方向（水平方向）に延びている。ブレーキ軸４２の一端部は、ブレーキ筒体４０の蓋部４０Ｂに設けられた有底穴４０Ｈに軸受４３を介して回転可能に支持され、ブレーキ軸４２の他端部は、モータケーシング２４の後面板２４Ｄに設けられた軸支持部２８の有底穴２８Ａに軸受４４を介して回転可能に支持されている。また、ブレーキ筒体４０内に位置するブレーキ軸４２の一端側には、後述する複数の回転側ブレーキ板４６が取付けられ、モータケーシング２４内に位置するブレーキ軸４２の他端側には、後述するヘリカルギヤ５５とハイポイドピニオン５７とが取付けられている。

ここで、図２に示すように、ブレーキ軸４２は、出力軸１８の軸中心線Ａ−Ａを挟んでモータ軸３５とは反対側に配置されている。即ち、ブレーキ軸４２は、モータ軸３５と水平面で異なる位置に配置され、当該モータ軸３５に平行して前，後方向に延びている。

４５はブレーキ筒体４０を構成する円筒部４０Ａの内周側に配置された複数枚の非回転側ブレーキ板を示している。各非回転側ブレーキ板４５は、円環状の板体として形成され、円筒部４０Ａの軸方向（前，後方向）には移動可能となり、円筒部４０Ａの周方向には非回転となった状態で、円筒部４０Ａの内周面に係合している。

４６はブレーキ軸４２の一端側の外周に配置された複数枚の回転側ブレーキ板を示している。各回転側ブレーキ板４６は、円環状の板体として形成され、非回転側ブレーキ板４５と交互に重り合う状態で配置されている。そして、各回転側ブレーキ板４６は、ブレーキ軸４２の軸方向（前，後方向）に対して移動可能な状態で、当該ブレーキ軸４２と一体に回転する構成となっている。

４７はブレーキ筒体４０の円筒部４０Ａ内に水平方向（前，後方向）に摺動可能に挿嵌されたブレーキピストンを示している。ブレーキピストン４７は、円筒部４０Ａの大径孔部４０Ｆ内に挿嵌される大径円筒部４７Ａと、円筒部４０Ａの小径孔部４０Ｇ内に挿嵌される小径円筒部４７Ｂとにより、段付き円筒状に形成されている。そして、ブレーキピストン４７は、非回転側ブレーキ板４５と回転側ブレーキ板４６とを押圧して摩擦係合させることにより、モータ軸３５の回転が伝達されるブレーキ軸４２に制動力を与えるものである。

ここで、ブレーキピストン４７の大径円筒部４７Ａとブレーキ筒体４０の蓋部４０Ｂとの間には、複数のばね部材４８が縮装されている。従って、ブレーキピストン４７は、ばね部材４８によりブレーキ筒体４０の底部４０Ｄに向けて常時付勢され、各非回転側ブレーキ板４５と各回転側ブレーキ板４６とを押圧して両者を摩擦係合させることにより、ブレーキ軸４２の回転を規制する構成となっている。

一方、ブレーキピストン４７の大径円筒部４７Ａと小径円筒部４７Ｂとが交わる角隅部と、ブレーキ筒体４０を構成する円筒部４０Ａの大径孔部４０Ｆと小径孔部４０Ｇとが交わる角隅部との間には環状なブレーキ解除用の油室４９が形成されている。従って、油室４９内にブレーキ解除圧が供給されることにより、ブレーキピストン４７は、ばね部材４８の付勢力に抗してブレーキ筒体４０の蓋部４０Ｂ側に移動し、各非回転側ブレーキ板４５と各回転側ブレーキ板４６との摩擦係合が解除されることにより、ブレーキ軸４２に対する制動が解除される構成となっている。

次に、モータ軸３５の回転を減速機１２に伝達するためモータケーシング２４内に設けられた第１，第２の動力伝達手段について説明する。

５０は第１の動力伝達手段を示し、第１の動力伝達手段５０は、モータ軸３５の回転をブレーキ軸４２に伝達するものである。この第１の動力伝達手段５０は、後述する歯車軸５１と、ヘリカルピニオン５４と、ヘリカルギヤ５５とにより構成されている。

５１は歯車軸を示し、該歯車軸５１は、ヘリカルピニオン５４が固定されるものである。歯車軸５１の一端側は、モータケーシング２４の内部に設けられた内側円筒部２９の大径孔部２９Ａに軸受５２を介して回転可能に支持され、歯車軸５１の他端側は、モータケーシング２４の後面板２４Ｄに設けられた後側円筒部２６の貫通孔２６Ａに軸受５３を介して回転可能に支持されている。ここで、歯車軸５１の一端部は、内側円筒部２９の小径孔部２９Ｂを通じて電動モータ３１側に突出し、モータ軸３５の他端部にスプライン結合されている。従って、モータ軸３５と歯車軸５１とは常に一体に回転する。

５４は歯車軸５１に固定されたヘリカルピニオン（はすば小歯車）を示し、該ヘリカルピニオン５４は、後側円筒部２６と内側円筒部２９との間に位置して歯車軸５１に一体的に取付けられ、該歯車軸５１と一体に回転するものである。

５５はブレーキ軸４２の他端側に固定されたヘリカルギヤ（はすば大歯車）を示し、該ヘリカルギヤ５５は、ヘリカルピニオン５４に常時噛合し、ブレーキ軸４２と一体に回転するものである。ここで、ヘリカルギヤ５５は、ヘリカルピニオン５４よりも大径な歯車として形成され、ヘリカルピニオン５４と常時噛合することにより、モータ軸３５の回転を減速してブレーキ軸４２に伝達する構成となっている。

５６は第２の動力伝達手段を示し、該第２の動力伝達手段５６は、ブレーキ軸４２の回転を減速機１２に伝達するものである。この第２の動力伝達手段５６は、後述するハイポイドピニオン５７と、ハイポイドギヤ５８と、伝達軸５９とにより構成されている。

５７はブレーキ軸４２の他端側に固定されたハイポイドピニオン（小歯車）を示し、該ハイポイドピニオン５７は、円錐台状に形成されている。このハイポイドピニオン５７は、ヘリカルギヤ５５に隣接してブレーキ軸４２の他端側に固定され、該ブレーキ軸４２と一体に回転するものである。

５８は後述する伝達軸５９の上端側に固定されたハイポイドギヤ（大歯車）を示し、該ハイポイドギヤ５８は、その回転中心がハイポイドピニオン５７と直交した円錐台状に形成されている。ハイポイドギヤ５８は、ハイポイドピニオン５７よりも大径な歯車として形成され、ハイポイドピニオン５７と常時噛合することにより、ブレーキ軸４２の回転を減速して伝達軸５９に伝達する構成となっている。

５９はハイポイドギヤ５８が取付けられた伝達軸を示し、該伝達軸５９は、ハイポイドギヤ５８の回転を減速機１２に伝達するものである。ここで、伝達軸５９は出力軸１８の軸中心線Ａ−Ａと同心上に配置され、伝達軸５９の軸方向の中間部は、モータケーシング２４の下面板２４Ｂに突設された下側円筒部２５の軸挿通孔２５Ａに軸受６０，６１を介して回転可能に支持されている。

伝達軸５９の上端側は、下側円筒部２５からモータケーシング２４内に向けて上方に突出し、ハイポイドギヤ５８に固定されている。

一方、伝達軸５９の下端側は、下側円筒部２５から減速機ケーシング１３内に向けて下方に突出し、伝達軸５９の下端部は、１段目の遊星歯車減速機構１６の太陽歯車１６Ａにスプライン結合されている。

本実施の形態による旋回装置１１は上述の如き構成を有するもので、油圧ショベル１の停止時においては、図示しないブレーキ制御弁により、ブレーキ装置３９の油室４９内へのブレーキ解除圧の供給が停止されている。これにより、ブレーキピストン４７がばね部材４８の付勢力によって各非回転側ブレーキ板４５と各回転側ブレーキ板４６とを押圧して両者を摩擦係合させる。この結果、ブレーキ軸４２に対して制動力が付与され、電動モータ３１のモータ軸３５が停止するため、上部旋回体３は下部走行体２上で静止した状態を保つ。

次に、油圧ショベル１を作動させると、ブレーキ制御弁（図示せず）により、ブレーキ解除圧が、ブレーキ装置３９の油室４９内に供給される。これにより、ブレーキピストン４７が、ばね部材４８に抗して非回転側ブレーキ板４５等から離間し、各非回転側ブレーキ板４５と各回転側ブレーキ板４６との摩擦係合が解除されることにより、ブレーキ軸４２に対する制動が解除される。

この状態で、電動モータ３１に電力が供給されてモータ軸３５が回転すると、このモータ軸３５の回転が歯車軸５１に伝わり、歯車軸５１に固定されたヘリカルピニオン５４が一体に回転する。

これにより、ヘリカルピニオン５４に噛合するヘリカルギヤ５５が回転し、モータ軸３５の回転を、第１の動力伝達手段５０を介してブレーキ軸４２に伝達することができる。このとき、ヘリカルピニオン５４とヘリカルギヤ５５とのギヤ比が、例えば１．５に設定されている場合には、モータ軸３５の回転は、２／３に減速されてブレーキ軸４２に伝達されることになる。

一方、ブレーキ軸４２の回転は、ハイポイドピニオン５７とハイポイドギヤ５８とが常時噛合することにより伝達軸５９に伝達される。そして、伝達軸５９の回転は、減速機１２の１段目の遊星歯車減速機構１６を構成する太陽歯車１６Ａに伝達される。このようにして、ブレーキ軸４２の回転を、第２の動力伝達手段５６を介して減速機１２に伝達することができる。このとき、ハイポイドピニオン５７とハイポイドギヤ５８とのギヤ比が、例えば３に設定されている場合には、ブレーキ軸４２の回転は、１／３に減速されて減速機１２に伝達されることになる。

従って、モータ軸３５の回転が、第１，第２の動力伝達手段５０，５６を介して減速機１２に伝わるときの減速比Ａは、下記数１のように表わされる。

即ち、モータ軸３５の回転を、第１の動力伝達手段５０、第２の動力伝達手段５６により、２／９に減速して減速機１２に伝達することができる。

このようにして、減速機１２に伝達された伝達軸５９の回転は、減速機１２の各遊星歯車減速機構１６，１７によって２段減速されて出力軸１８に伝わる。これにより、ピニオン１８Ｂは大きな回転力（トルク）をもって回転する。この結果、ピニオン１８Ｂが、旋回輪５の内輪５Ａに設けた内歯５Ｄに噛合しつつ内輪５Ａに沿って公転し、このピニオン１８Ｂの公転力が減速機ケーシング１３を介して旋回フレーム３Ａに伝わることにより、上部旋回体３が下部走行体２上で旋回動作を行う。

一方、上部旋回体３の旋回動作を停止するため、電動モータ３１への電力の供給を停止したときには、上部旋回体３の旋回動作によって電動モータ３１が慣性回転して回生エネルギを発生することにより、上部旋回体３に対して制動力が作用する。

なお、旋回装置１１のモータケーシング２４内には、少なくとも電動モータ３１のモータ軸３５の軸中心まで潤滑油が満たされている。これにより、第１の動力伝達手段５０を構成するヘリカルピニオン５４、ヘリカルギヤ５５、第２の動力伝達手段５６を構成するハイポイドピニオン５７、ハイポイドギヤ５８、及びブレーキ装置３９の潤滑を行うことができると共に電動モータ３１の冷却も行うことができる。

かくして、本実施の形態によれば、モータケーシング２４内に電動モータ３１、ブレーキ装置３９、第１の動力伝達手段５０、第２の動力伝達手段５６を設け、このモータケーシング２４を減速機１２の上端側に取付けることにより、油圧モータを回転源とする旋回装置で用いられる減速機をそのまま利用して電動モータ３１を備えた旋回装置１１を構成することができるので、コストを低減することができる。

しかも、ブレーキ軸４２をモータ軸３５と平行して水平方向に配置することにより、ブレーキ装置３９を横置きに配置することができるので、ブレーキ装置３９を構成する各非回転側ブレーキ板４５と各回転側ブレーキ板４６とを、上，下方向で交互に重ねることなく、前，後方向で交互に重ねて配置することができる。この結果、各ブレーキ板４５，４６の自重による過度な摩擦係合を防止することができ、ロストルクや発熱を抑制することができる。

また、第１の動力伝達手段５０を構成するヘリカルピニオン５４とヘリカルギヤ５５との噛合いにより、高速回転するモータ軸３５を減速してブレーキ軸４２に伝達することができる。これにより、ブレーキ装置３９を作動させたときに非回転側ブレーキ板４５と回転側ブレーキ板４６との間に生じる摩擦熱を抑制することができ、ブレーキ装置３９の耐久性、信頼性を向上することができる。さらに、第１の動力伝達手段５０として、ヘリカルピニオン５４とヘリカルギヤ５５とを用いることにより、これらヘリカルピニオン５４とヘリカルギヤ５５との噛合いによる騒音を低減することができる。

一方、第２の動力伝達手段５６を構成するハイポイドピニオン５７とハイポイドギヤ５８との噛合いにより、ブレーキ軸４２の回転をさらに減速して減速機１２に伝達することができる。この結果、第１の動力伝達手段５０と第２の動力伝達手段５６とにより、高速回転する電動モータ３１のモータ軸３５の回転を、油圧モータの回転と同等の回転にまで減速することができる。しかも、第２の動力伝達手段５６により、水平方向（前，後方向）に配置されたブレーキ軸４２の回転を鉛直方向（上，下方向）に配置された減速機１２に伝達することができる。これにより、油圧モータを回転源とする旋回装置で用いられる減速機１２をそのまま利用することができるので、コストの低減を図ることができる。

さらに、本実施の形態では、モータ軸３５を、出力軸１８の軸中心線Ａ−Ａから水平面上でずらした位置に配置し、ブレーキ軸４２を、出力軸１８の軸中心線Ａ−Ａから水平面上でずらした位置に配置すると共にモータ軸３５と水平面で異なる位置に配置している。これにより、第１の動力伝達手段５０の歯車列と第２の動力伝達手段５６の歯車列とが、出力軸１８の軸中心線Ａ−Ａ上で一直線状（直列）に並ぶのを避けることができる。この結果、モータ軸とブレーキ軸とを出力軸の軸中心線Ａ−Ａ上に並べて配置した縦置き型の旋回装置に比較して、旋回装置１１全体の高さ寸法を抑えることができ、上部旋回体３にコンパクトに取付けることができる。

なお、上述した実施の形態では、モータ軸３５とブレーキ軸４２とを出力軸１８の軸中心線Ａ−Ａに対して水平面上でずらし、かつモータ軸３５とブレーキ軸４２とを水平面でずらして上，下方向に配置する構成とした場合を例示して説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、例えば、モータ軸３５とブレーキ軸４２とを出力軸１８の軸中心線Ａ−Ａからずらし、モータ軸３５とブレーキ軸４２とを横方向（左，右方向）に並列に配置する構成としてもよい。このように配置することにより、旋回装置１１の高さ寸法をさらに低くすることができる。

また、上述した実施の形態では、油圧ショベル１の旋回装置１１を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限るものではなく、例えば油圧クレーン等の他の建設機械の旋回装置にも広く適用することができるものである。

１ 油圧ショベル（建設機械）
２ 下部走行体
３ 上部旋回体
５ 旋回輪
１１ 旋回装置
１２ 減速機
１３ 減速機ケーシング
１８ 出力軸
２３ 電動式回転源
２４ モータケーシング
３１ 電動モータ
３５ モータ軸
３９ ブレーキ装置
４２ ブレーキ軸
５０ 第１の動力伝達手段
５４ ヘリカルピニオン
５５ ヘリカルギヤ
５６ 第２の動力伝達手段
５７ ハイポイドピニオン
５８ ハイポイドギヤ
５９ 伝達軸
Ａ−Ａ 出力軸の軸中心線

Claims (4)

1. 下部走行体上に旋回輪を介して搭載された上部旋回体に上，下方向に延びるように取付けられた減速機と、該減速機の上側に取付けられ電力が供給されることにより回転し前記減速機に回転を伝達する電動式回転源と、前記減速機によって減速された回転を前記旋回輪に出力する出力軸とを備えてなる建設機械の旋回装置において、
   前記電動式回転源は、下端側が前記減速機に取付けられたモータケーシングと、該モータケーシング内に設けられモータ軸が水平方向に配置された電動モータと、該電動モータと前記減速機との間に位置して前記モータケーシング内に設けられ前記モータ軸と平行して水平方向に配置されたブレーキ軸を有し前記電動モータの回転に制動力を与えるブレーキ装置と、前記モータ軸の回転を前記ブレーキ軸に伝達する第１の動力伝達手段と、前記ブレーキ軸の回転を前記減速機に伝達する第２の動力伝達手段とにより構成したことを特徴とする建設機械の旋回装置。
2. 前記第１の動力伝達手段は、前記モータ軸に取付けられたヘリカルピニオンと、該ヘリカルピニオンと噛合し前記ブレーキ軸に取付けられたヘリカルギヤとにより構成してなる請求項１に記載の建設機械の旋回装置。
3. 前記第２の動力伝達手段は、前記ブレーキ軸に取付けられたハイポイドピニオンと、該ハイポイドピニオンと噛合したハイポイドギヤと、該ハイポイドギヤに設けられ該ハイポイドギヤの回転を前記減速機に伝達する伝達軸とにより構成してなる請求項１または２に記載の建設機械の旋回装置。
4. 前記モータ軸は、前記出力軸の軸中心線から水平面上でずらした位置に配置し、前記ブレーキ軸は、前記出力軸の軸中心線から水平面上でずらした位置に配置すると共に前記モータ軸と水平面で異なる位置に配置する構成としてなる請求項１，２または３に記載の建設機械の旋回装置。

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