JP4496520B2 - 建設機械の旋回装置 - Google Patents

Description

本発明は、油圧ショベルや油圧クレーン等の建設機械の旋回装置に関する。

この種の建設機械はその下部走行体上に旋回可能な上部旋回体を備え、この上部旋回体にショベル作業やクレーン作業のための作業機や運転室等が搭載されている。
下部走行体に対する上部旋回体の旋回支持構造、即ち、その旋回装置は、下部走行体と上部旋回体との間に設けられた旋回ベアリングを備え、この旋回ベアリングは通常、上部旋回体に取付けられたアウタレースと、下部走行体に取付けられたインナレースとを有し、このインナレースの内周面に内歯ギヤが設けられている。

そして、旋回装置は上部旋回体に旋回駆動力を与えるモータ付き減速機を更に備えており、このモータ付き減速機は上部旋回体に固定され、その出力軸に旋回ベアリングの内歯ギヤと噛み合うピニオンギヤを有している（特許文献１）。
上述した旋回装置によれば、モータ付き減速機のピニオンギヤが回転されると、このピニオンギヤは内歯ギヤからの反力を受け、この反力がモータ付き減速機を介し、上部旋回体に伝達されることで、上部旋回体は下部走行体に対し旋回ベアリングを介して旋回される。
特開平10-281263号公報

ところで、前記特許文献１から明らかなように、モータ付き減速機のピニオンギヤは出力軸の下端に取付けられており、この出力軸は片持ちの支持状態で、旋回ベアリングに向け、下方に突出されている。このため、ピニオンギヤの回転力が旋回ベアリングのアウタレースに伝達される際、ピニオンとインナレースの内歯ギヤとの噛み合いから発生する反力は、上部旋回体のフレームとともにモータ付き減速機の出力軸を僅かに傾けてしまう。

このような出力軸の傾きは、ピニオンギヤと内歯ギヤとの間での歯面の噛み合いに片当たりを生じさせる。より詳しくは、出力軸はその下端側が内歯ギヤから離れる方向に傾くので、ピニオンギヤの各歯の歯面はその上側端部が下側端部によりも内歯ギヤの歯面に強く当たることになる。
一般に、ギヤの歯はギヤ端面付近への集中的な押圧力に対して強度的に弱く、上述した歯面の片当たりは歯元からのクラックや折損を招き易い。それ故、歯面の片当たりを軽減するため、通常、歯面にはクラウニングやエンドレリービングが設けられている。

しかしながら、モータ付き減速機が長期に亘って作動され、ピニオンギヤ及び内歯ギヤにおける歯面の摩耗が進行すると、歯面形状の崩れによりギヤの上端部付近での片当たりが助長される。
そして、ピニオンギヤにおける歯の上側端部が内歯ギヤの歯を上方から押圧するような圧下干渉を発生させ、しかも、各歯の劣化状態もまた著しいことから、圧下干渉により歯の歯元にクラックが発生したり、更には歯自体の折損をも招いてしまう。なお、このようなクラックや折損は、上述の理由に加え、ギヤの材質や熱処理条件等によっても、一般に旋回ベアリング側の内歯ギヤの歯に発生し易い。

一方、ピニオンギヤは内歯ギヤに比べ、その歯数が少なく、ピニオンギヤの各歯に加わる荷重の頻度は内歯ギヤに比べて多い。このため、上述した従来技術では、ピニオンギヤにおける歯の耐性を向上させる目的で、ピニオンギヤの上側端面を内歯ギヤの上側端面から一部突出させた状態で、これらギヤの噛み合わせ、つまり、その組付けを行っている。このようなギヤの組付けによれば、ピニオンギヤにおける歯の上側端部は内歯ギヤの歯と噛み合うことがなく、ギヤ間での歯面の片当たりに対しても歯部を長くもつことで端面を遠ざけ、端面付近への応力を更に軽減できるものと考えられる。

しかしながら、この場合、ピニオンギヤ及び内歯ギヤは互いに噛み合う歯面にて摩耗するものの、ピニオンギヤにおける歯の上側端部では摩耗せず、段差が形成される。このため、ギヤ間での歯面の摩耗が更に進行するに連れてピニオンギヤの歯の上側端部に形成された段差が内歯ギヤの歯の上側端面に食い込むような強力な圧下干渉を発生させ、前述した歯のクラックや折損を招く。

本発明は上述の事情に基づいてなされたもので、その目的とするところはピニオンギヤ及び内歯ギヤの摩耗が進行しても、前述したピニオンギヤによる内歯ギヤへの圧下干渉を確実に防止でき、耐久性に優れた建設機械の旋回装置を提供することにある。

上述の目的を達成するため、本発明はモータ付き減速機の出力軸が片持ちで支持された型式の建設機械の旋回装置において、旋回ベアリングの内歯ギヤ及びモータ付き減速機のピニオンギヤのうち、その一方のギヤの上側端面は他方のギヤの上側端面から突出し、一方のギヤの各歯の上側端部は歯厚を減少させた段差部として形成されている（請求項１）。
具体的には、一方のギヤの各歯にクラウニング及びエンドレリービングの何れかが形成されて各歯の端部の歯厚が逃がし量だけ減少され、段差部の深さがその幅を規定する輪郭と歯の歯面上端での歯厚を規定する輪郭との間の差で表される場合、段差部の深さは逃がし量よりも大きい（請求項２）。

また、段差部はピニオンギヤに備えられているのが好ましく（請求項３）、この場合、段差部は、前記ピニオンギヤの歯形と同様な輪郭形状を有する（請求項４）。
また、ピニオンギヤに段差部が備えられている場合、段差部は内歯ギヤの上側端面から一部突出しているのが好ましい（請求項５）。
上述の建設機械の旋回装置によれば、モータ付き減速機が長期に亘って作動され、ピニオンギヤ及び内歯ギヤにおける歯面の摩耗の進行に伴い、噛み合わない歯面を持つ側のギヤの歯面にその摩耗による段差が生じても、圧下干渉作用に起因したギヤの破損を防止できる。

上述したように請求項１，２の旋回装置によれば、ピニオンギヤから内歯ギヤへの圧下干渉を確実に避けることができるので、圧下干渉に起因した内歯ギヤのクラックや折損を確実に防止することができ、ピニオンギヤ及び内歯ギヤの耐久性が大幅に向上する。
請求項３，４の旋回装置によれば、内歯ギヤに比べてピニオンの歯数は少ないので、段差部の加工に要する手間を大幅に低減することができ、また、ピニオンギヤの歯切り加工盤を使用して段差部の加工が可能となる。

請求項５の旋回装置によれば、ビニオンギヤと内歯ギヤとの間での歯面の片当たり部からピニオンギヤの上端面が遠ざかることにより、ピニオンギヤ側の歯部の強度を確保できる。

図１は、建設機械としての油圧ショベルを示す。
油圧ショベルは、クローラ型の下部走行体２と、この下部走行体２上に旋回装置を介して旋回可能に支持された上部旋回体４を備え、この上部旋回体４にショベル作業機６や運転室８等が搭載されている。
より詳しくは、ショベル作業機６は、起伏可能なブーム１０の先端にアーム１２を回動可能に取付け、そして、アーム１２の先端に掘削バケット１４を回動可能に取付けて構成され、ブーム１０の起伏や、アーム１２及び掘削バケット１４の回動操作はそれぞれブームシリンダ１６、アームシリンダ１８及びバケットシリンダ２０により可能となっている。

なお、上部旋回体４には運転室８の後方に機関室２２及びカウンタウエイト２４が配置され、機関室２２には下部走行体２やショベル作業機６の動力源となるエンジンや油圧ポンド等が収容されている。
図２は前述した旋回装置の一部を示し、旋回装置は旋回ベアリング２６を備える。旋回ベアリング２６はインナレース２８及びアウタレース３０を有し、これらレース２８，３０間には上下に２段のローラ３２，３４が挟み込まれている。この旋回ベアリング２６は一例を示すものであって、ローラ式に代えてボールベアリング式であってもよい。

インナレース２８は下部走行体２のフレーム３６に複数のボルト３８を介して取付けられ、一方、アウタレース３０は上部旋回体４のフレーム４０に複数のボルト４２を介して取付けられている。より詳しく、上部旋回体４のフレーム４０はアッパベース４４及びロアベース４６を有し、このロアベース４６にアウタレース３０が連結されている。
更に、インナレース２８の内周面には内歯ギヤ４８が一体に形成されており、この内歯ギヤ４８はモータ付き減速機５０から上部旋回体４の旋回駆動力を受ける。

即ち、モータ付き減速機５０は支持ケーシング５２を備え、この支持ケーシング５２はアッパベース４４からロアベース４６まで延び、アッパベース４４に複数のボルト５４を介してフランジ結合されている。
支持ケーシング５２の上面にはギヤハウジング５６が複数のボルト５８を介して取付けられており、このギヤハウジング５６内には遊星減速ギヤ列（図示しない）が収容され、この遊星ギヤ列の入力軸は正逆回転可能な油圧モータ６０のモータ軸（図示しない）に連結されている。油圧モータ６０はギヤハウジング５６に一体的に結合され、前述した機関室２２内の油圧ポンプに油圧回路（図示しない）を介して液圧的に接続されている。従って、油圧モータ６０は油圧ポンプから作動油の供給を受け、遊星ギヤ列の入力軸を回転させる。遊星ギヤ列は入力軸の回転を減速し且つその回転力を増加させて出力軸６２に伝達することができる。なお、遊星減速ギヤ列は前記特許文献１に開示されているように既に公知であるので、ここではその説明を省略する。

出力軸６２は支持ケーシング５２内を延び、支持ケーシング５２内にて軸受（図示しない）を介して回転自在に支持されている。出力軸６２の下端は支持ケーシング５２の下面から前述した旋回ベアリング２６、即ち、インナレース２８内に突出している。
出力軸６２の下端にはピニオンギヤ６４が取付けられており、このピニオンギヤ６４は旋回ベアリング２６の内歯ギヤ４８に噛み合っている。なお、図２中、参照符号Ａは出力軸６２の軸線を示す。

出力軸６２とともにピニオンギヤ６４が回転されると、ピニオンギヤ６４及び内歯ギヤ４８の噛み合いから発生する反力がモータ付き減速機５０を介して上部旋回体４に伝達される。従って、上部旋回体４が旋回ベアリング２６を介して旋回し、この際、モータ付き減速機５０はピニオンギヤ６４が内歯ギヤ４８に噛み合いながら、内歯ギヤ４８の周方向に公転運動することになる。

図３に拡大して示すように、ピニオンギヤ６４の上側端面は内歯ギヤ４８の上側端面から所定長さＨ_BUだけ突出されているとともに、ピニオンギヤ６４における各歯６４_Tの上側端部は段差部６６として形成され、段差部６６はピニオンギヤ６４における歯６４_Tの歯厚を減少させている。
より詳しくは、図４〜図６にピニオンギヤ６４の詳細を示すように、段差部６６は歯６４_Tの歯幅方向でみて、その歯幅Ｗ_Tの１０％程度の幅Ｗ_Sを有し、そして、段差部６６の深さＤはピニオンギヤ６４の歯面に許容される摩耗量以上確保されている。

具体的には、ピニオンギヤ６４の歯面にクラウニングやエンドレリービングが形成される場合、これらクラウニングやエンドレリービング量よりも、段差部６６の深さＤは大きく確保されている。図５はピニオンギヤ６４の歯面にクラウニングが形成されている例を示し、この場合、段差部６６の深さＤはクラウニング量Ｃよりも大である。
図６から明らかなように段差部６６は、歯６４_Tの歯形と同様な輪郭形状を有し、その深さＤは歯６４_Tの歯形に沿ってほぼ均一である。

なお、段差部６６を形成するにあたり、段差部６６と歯６４_Tとの間の境界にこれらを滑らかに接続する面取り６８が確保されることは言うまでもない。
上述した旋回装置によれば、建設機械の長期の稼働に伴い、モータ付き減速機５０の作動時間も長くなると、そのピニオンギヤ６４や内歯ギヤ４８の歯面に摩耗が生じ、この結果、ピニオンギヤ６４及び内歯ギヤ４８における各歯の歯厚は図７中、破線で示すように減少する。

モータ付き減速機５０の出力軸６２は前述したように片持ちにて支持されているから、内歯ギヤ４８からの反力を受け、出力軸６２、即ち、ピニオンギヤ６４の傾きが傾く。
それ故、図８に誇張して示すと、ピニオンギヤ６４はその歯６４_Tの上側端部が内歯ギヤ４８内に沈み込むように傾斜する。しかしながら、このような状況に至っても、歯６４_Tの上側端部は上述した段差部６６として形成され、この段差部６６の深さＤが歯面の許容摩耗量以上に確保されているので、段差部６６と内歯ギヤ４８の歯面との間の干渉、つまり、前述したピニオンギヤ６４から内歯ギヤ４８への圧下干渉は確実に防止される。この結果、内歯ギヤ４８の歯の歯元、つまり、その歯面上端部への片当たりによる歯の端部からのクラックや、その歯の折損を確実に防止でき、内歯ギヤ４８、即ち、旋回装置全体の耐久性を大幅に向上することができる。

この点、ピニオンギヤ６４に段差部６６が備えられていないと、たとえ歯６４_Tの歯面にクラウニングやエンドレリービングが形成されていたとしても、歯面の摩耗がクラウニングやエンドレリービング量以上に進むと、図９中、２点鎖線で示す如く歯６４_Tの上側端部が上方から内歯ギヤ４８の歯面に食い込むような形態となる。この場合、ピニオンギヤ６４が内歯ギヤ４８に対して強力に圧下干渉してしまい、前述した歯のクラックや折損を簡単に招いてしまう。

本発明は上述した一実施例に制約されるものではなく、種々の変形が可能である。
図１０は前述の実施例とは逆に、内歯ギヤ４８の上部がピニオンギヤ６４から突出された例を示す。この場合、摩耗の進行により内歯ギヤ４８からピニオンギヤ６４への圧下干渉が発生し、ピニオンギヤ６４が破損する虞があるときには、内歯ギヤ４８の各歯の上端部に段差部６６を設けることで、摩耗に起因した内歯ギヤ４８からピニオンギヤ６４への圧下干渉を同様にして防止できる。段差部６６をピニオンギヤ６４及び内歯ギヤ４８の何れに設けるかは、これらギヤ４８，６４の強度関係に基づきケースバイケースで決定される。

また、本発明の旋回装置は油圧ショベルに限らず、油圧クレーンの上部旋回体に対しても同様に適用可能である。

油圧ショベルを示した概略図である。 図１の油圧ショベルに組み込まれた旋回装置の一部を示した図である。 図２の一部を拡大して示した図である。 図３のピニオンギヤの断面図である。 図３のピニオンギヤの歯をその歯幅方向に沿って断面した図である。 図３のピニオンギヤの上側端面図である。 ピニオンギヤと内歯ギヤとの間の噛み合い状態を示す図である。 ピニオンギヤの傾きを誇張して示した図である。 図８中、IX-IX線に沿う断面図である。 変形例の旋回装置の一部を示した断面図である。

符号の説明

２ 下部走行体
４ 上部旋回体
２６ 旋回ベアリング
２８ インナレース
３０ アウタレース
４８ 内歯ギヤ
５０ モータ付き減速機
６２ 出力軸
６４ ピニオンギヤ
６６ 段差部

Claims (5)

1. 下部走行体と、この下部走行体上に旋回可能に設けられた上部旋回体とを備える建設機械において、
   前記下部走行体及び前記上部旋回体のそれぞれに取付けられたインナレース及びアウタレースを有し、前記下部走行体に対して前記上部旋回体を旋回自在に支持する旋回ベアリングと、
   前記インナレースに設けられた内歯ギヤと、
   前記旋回ベアリング内に延びる片持ち支持の出力軸及びこの出力軸に取付けられて前記内歯に噛み合うピニオンギヤを有し、前記ピニオンギヤの回転により前記上部旋回体に旋回駆動力を与えるモータ付き減速機と
   を具備し、
   前記ピニオンギヤ及び前記内歯ギヤのうちの一方のギヤの上側端面は他方のギヤの上側端面から突出し、前記一方のギヤの各歯の上側端部は歯厚を減少させた段差部として形成されていることを特徴とする建設機械の旋回装置。
2. 前記一方のギヤの各歯にクラウニング及びエンドレリービングの何れかが形成されて前記各歯の端部の歯厚が逃がし量だけ減少され、前記段差部の深さがその幅を規定する輪郭と前記歯の歯面上端での歯厚を規定する輪郭との間の差で表される場合、前記段差部の前記深さは前記逃がし量よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の建設機械の旋回装置。
3. 前記段差部は前記ピニオンギヤに備えられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の建設機械の旋回装置。
4. 前記段差部は、前記ピニオンギヤの歯形と同様な輪郭形状を有することを特徴とする請求項３に記載の建設機械の旋回装置。
5. 前記段差部は前記内歯ギヤの上側端面から一部突出していることを特徴とする請求項３又は４に記載の建設機械の旋回装置。

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