JP2014101677A

JP2014101677A - 建設機械の駆動装置

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Publication number: JP2014101677A
Application number: JP2012254086A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Terauchi; 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: 2014-06-05
Anticipated expiration: 2032-11-20
Also published as: JP6142512B2

Abstract

【課題】ブレーキ機構が設けられる部分の減速機の直径寸法の縮小、リングギヤの熱処理や加工時の歪み防止、熱処理の効率アップを実現する。
【解決手段】回転側、固定側両ブレーキ板２３，２４と、ブレーキピストン２１と、ブレーキバネ２０から成るブレーキ機構１９を備え、回転側ブレーキ板２３を、第１段減速部９のプラネタリギヤＰ１の上側において、遊星軸２５と一体回転する状態で設け、この回転側ブレーキ板２３を含むブレーキ機構１９全体をプラネタリ、リング両ギヤＰ１，Ｒ１よりも上側に、両ギヤＰ１，Ｒ１と重ねて配置した。
【選択図】図２

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、１段目プラネタリギヤの下方において、２段目サンギヤの外周にリング状のハブを回転軸と一体回転する状態で設け、このハブの外周に回転側及び固定側両ブレーキ板を配置するとともに、その上方(１段目プラネタリギヤの外周側)に１段目リングギヤ、ブレーキピストン、ブレーキバネをそれぞれ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、上記のように１段目プラネタリギヤの外周に１段目リングギヤを配置し、このリングギヤのさらに外側(減速部中心から見て外周側)にブレーキピストンとブレーキバネを配置した構成、すなわち１段目リングギヤとブレーキ機構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。

一方、１段目リングギヤは、１段目プラネタリギヤとブレーキ機構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。

また、１段目リングギヤは、ブレーキバネの上端を支持するバネ受け部から下向きに突出して上記隙間部分に入り込む配置となっており、バネ受け部と一体となっているため、同ギヤの熱処理をバネ受けと一体でしか行うことができない。このため、熱処理の効率が悪く、コストアップとなる。

なお、同ギヤをバネ受け部から分離し得るように両者をボルト結合する構成をとると、今度は減速機の部品点数が増えて組立工数が増加するため、やはりコストアップとなる。

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等、上記諸問題を解決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、減速機ケーシングに設けた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によって構成し、上記ブレーキ機構は、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、上記減速機の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、上記回転側ブレーキ板を、一つの減速部のプラネタリギヤの上側に、上記遊星軸と一体回転する状態で設け、この回転側ブレーキ板を含む上記ブレーキ機構を上記プラネタリ、リング両ギヤよりも上側に配置したものである。

このように、回転側ブレーキ板を、減速部のプラネタリギヤの上側に、遊星軸と一体回転する状態で設け、この回転側ブレーキ板を含むブレーキ機構全体をプラネタリ、リング両ギヤよりも上側に、両ギヤと重ねて配置することにより、ギヤとブレーキ機構を直径方向に並べた公知構造と比較して、減速機の直径寸法を縮小することができる。

このため、駆動装置、とくに旋回駆動装置の組み込みが容易となる。

また、リングギヤは、プラネタリギヤとブレーキ機構による寸法制約を受けず、十分な肉厚を持ったケーシングの内周に形成することができるため、熱処理や加工時に歪みが発生するおそれがない。

さらに、リングギヤは、公知技術のように本来別部品であるバネ受け部と一体ではなく、単独で熱処理することができるため、熱処理の効率が良い。あるいは、リングギヤをバネ受け部と別体としてボルト結合した場合のような組立工数の増加、コストアップを招くおそれがない。

本発明において、リング状のハブを、上記複数のプラネタリギヤの遊星軸に跨って、かつ、各遊星軸と一体状態で設け、このハブの外周に上記回転側ブレーキ板をハブと一体回転する状態で設けるのが望ましい(請求項２)。

プラネタリギヤの支持構造として、遊星軸の上下いずれか一端部のみをスパイダで支持する片持ち構造と、両端部をスパイダで支持する両持ち構造がある。

請求項２の構成は、このうち片持ち構造をとる場合に好適となる。

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等、公知技術の諸問題を一挙に解決することができる。

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。

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、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各段減速部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、ケーシング内周に設けられたリングギヤ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。

ケーシング４は、第１〜第４の分割ケーシング４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ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２、第３両分割ケーシング４ｂ，４ｃ内に、第２段及び第３段両減速部１０，１１が第４分割ケーシング４ｄ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は第２分割ケーシング４ｂの内周に設けられ、第２段、第３段両減速部１０，１１のリングギヤＲ２，Ｒ３は、第４分割ケーシング４ｄ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分割ケーシング４ａ内、すなわち、第１段減速部９の上方に、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の構成を詳述する。

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…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、４ｅはブレーキバネ２０…の上端を支持するバネ受け部である。

ここで、回転側ブレーキ板２３の取付構造として、第１段減速部９を構成する複数のプラネタリギヤ(第１段プラネタリギヤ)Ｐ１の遊星軸２５の上端に、ハブ２６が遊星軸２５と一体状態で設けられ、このハブ２６の外周に回転側ブレーキ板２３がスプライン結合されて、ハブ２６(遊星軸２５)と一体回転可能でかつ上下移動可能となっている。

ハブ２６はリング状に形成され、各遊星軸２５に跨って取付けられている。

一方、固定側ブレーキ板２４は、第１分割ケーシング４ａ内の下端部(第１段減速部９の上方)において、同ケーシング４ａの内周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。

こうして、モータ回転時に、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、モータ回転停止時に、図示のようにブレーキピストン２１の押し付け力により回転側及び固定側両ブレーキ板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ように構成されている。

この旋回駆動装置によると、次の効果を得ることができる。

(Ｉ) 回転側ブレーキ板２３を、第１段減速部９のプラネタリギヤＰ１の上側に、遊星軸２５と一体回転する状態で設け、この回転側ブレーキ板２３を含むブレーキ機構１９を第１段プラネタリ、リング両ギヤＰ１，Ｒ１よりも上側に両ギヤＰ１，Ｒ１と重ねて配置しているため、いいかえれば両ギヤＰ１，Ｒ１とブレーキ機構１９を上下に分けて配置しているため、公知構造のように両ギヤとブレーキ機構を直径方向に並べた場合と比較して、減速機２の直径寸法を縮小することができる。

このため、直径方向の設置スペースに余裕のない旋回駆動装置の組み込みが容易となる。

また、公知技術と異なり、第１段リングギヤＲ１は、第１段プラネタリギヤＰ１とブレーキ機構１９による寸法制約を受けず、図示のように十分な肉厚を持ったケーシング(第２分割ケーシング４ｂ)の内周に形成することができるため、熱処理や加工時に歪みが発生するおそれがない。

さらに、第１段リングギヤＲ１は、公知技術のように本来別部品であるバネ受け部と一体ではなく、単独で熱処理することができるため、熱処理の効率が良い。あるいは、同ギヤＲ１をバネ受け部と別体としてボルト結合した場合のような組立工数の増加、コストアップを招くおそれがない。

他の実施形態
(１) 上記実施形態では、第１段遊星軸２５を下側のスパイダ１２のみによって片持ち支持する構成をとる場合を例示したが、本発明は同遊星軸２５を上下両側でスパイダによって両持ち支持する構成をとる場合にも適用することができる。

この場合、回転側ブレーキ板２３は、上側スパイダにスプライン結合する構成をとることができる。

(２) 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の上方にブレーキ機構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段減速部の上方に設けてもよい。

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ケーシング
４ａ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同、第４分割ケーシング
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第１段減速部の遊星軸
２６ハブ

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、減速機ケーシングに設けた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によって構成し、上記ブレーキ機構は、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、上記回転側ブレーキ板を、一つの減速部のプラネタリギヤの上側に、上記遊星軸と一体回転する状態で設け、この回転側ブレーキ板を含む上記ブレーキ機構を上記プラネタリ、リング両ギヤよりも上側に配置したことを特徴とする建設機械の駆動装置。
リング状のハブを、上記複数のプラネタリギヤの遊星軸に跨って、かつ、各遊星軸と一体状態で設け、このハブの外周に上記回転側ブレーキ板をハブと一体回転する状態で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。