JP5682756B2 - 建設機械の駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は油圧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、互いの中心軸(モータ軸と減速出力軸)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〜複数段の遊星歯車機構から成り、この減速機の出力が、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。

減速機の減速機ハウジング内には潤滑油が注入され、遊星歯車機構の潤滑作用が行われるが、運転中、減速機が発熱し、これによって潤滑油も高温化するため、減速機及び潤滑油を冷却する冷却手段が講じられている。

この冷却手段として、特許文献１に示されているように減速機の減速機ハウジングに冷媒通路を設け、水、油等の冷却媒体をこの冷媒通路に流して潤滑油を含めた減速機全体を外周から冷却する技術が公知である。

特許第４５０４８９９号

ところが、上記公知技術によると次の問題があった。

(ｉ) リングギヤを兼ねる減速機ハウジングに冷媒通路を設けるため、リングギヤとして必要な強度と冷媒通路に必要な断面積を確保しようとすると、少なくとも冷媒通路を設ける部分の減速機ハウジングの肉厚を増加させる必要がある。

その結果、減速機の直径寸法、つまり駆動装置の最大直径寸法が大きくなるため、とくにショベルの旋回駆動装置のように狭いスペースに多くの機器類が密集して設置される状況下で、機器類のレイアウトが難しくなる。

なお、対策として、減速機について、冷却が必要であって冷媒通路を備えた大径の冷却仕様と、寒冷地向けのように冷却が不要であって冷媒通路の無い小径の非冷却仕様の二種類を用意し、使い分けることが考えられる。

しかし、こうすると、減速機に連結されるモータについても、減速機に合わせてフランジ寸法が異なる二種類のものを用意しなければならず、コストアップとなるため、現実的でない。

(ｉｉ) 旋回駆動装置の場合、通常、減速機の下端部に設けられたシャフト支持部をアッパーフレームに上からボルト止めする構成がとられるが、上記のように冷媒通路を設けることで減速機ハウジングが大径化するため、この減速機ハウジングが邪魔になってレンチ等の締付工具が入り難くなり、ボルトの締め戻し作業、すなわち、旋回駆動装置の組立、分解が面倒となる。

そこで本発明は、直径方向にコンパクトでありながら、減速機を効率良く冷却することができる建設機械の旋回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とを、互いのモータ軸と減速出力軸の中心が一致する状態で上下方向に並んで配置し、上記減速機は、減速機ハウジングで囲まれた減速機室内に、サン、プラネタリ、リング各ギヤを備えた一〜複数段の遊星歯車機構から成る減速機構を収容するとともに潤滑油を注入した建設機械の駆動装置において、上記モータと減速機との間に、上記モータ軸にブレーキをかける乾式のブレーキユニットをモータ及び減速機に対して着脱可能に設け、このブレーキユニットは、ブレーキハウジング内にブレーキ機構を収容するとともに、上記ブレーキハウジングにおける上記ブレーキ機構を取り巻く外周部に、冷却媒体が流れる冷媒通路と、冷媒の入口及び出口とを設けて成るものである。

ショベルの旋回駆動装置を例にとると、ブレーキユニットにおけるブレーキハウジングは、上下方向に働くブレーキ反力を支持する強度さえ確保できればよく、直径方向の強度は、リングギヤを兼ねる減速機ハウジングと比較して遥かに低くてよい。

また、ブレーキハウジングの直径方向の肉厚寸法は、内周側にブレーキ機構を設けるのに十分な空間を確保できる範囲で内周側に拡張することが可能である。

この二点で、上記構成によると、ブレーキハウジングに冷媒通路を設けてもブレーキユニットの直径寸法を拡張する必要がない。

従って、駆動装置の最大直径寸法を小さく抑えることができるため、機器レイアウト上有利となる。

また、上記のように冷媒通路を設けてもブレーキユニットの直径寸法を拡張する必要がなく、これに連結されるモータも既存のものをそのまま使用することができるため、冷媒通路付きと、寒冷地向けの冷媒通路無しの二種類の仕様のブレーキユニットを使い分ける手法をとる場合でも、コストアップとならない。

さらに、ブレーキハウジングが外周側にはみ出して機械のフレーム(ショベルの場合はアッパーフレーム)に対する取付ボルトの締め戻し操作に支障を来たすおそれがない。

しかも、減速機に隣接するブレーキユニットのハウジングに冷媒通路を設けるため、ハウジング間の熱伝導によって減速機を効率良く冷却することができる。

加えて、減速機ハウジング内に注入された潤滑油の油面は、運転中、遠心力によって外周側がせり上がるすり鉢状となるとともに、外周側に盛んに飛散することから、この潤滑油とブレーキハウジング外周部との接触が活発に行われるため、この点でも減速機の冷却効率が良いものとなる。

本発明において、上記ブレーキハウジングに、減速機ハウジング内の潤滑油が流入する油溝を設けるのが望ましい(請求項２)。

この構成によれば、潤滑油をブレーキハウジング内に積極的に導入できるため、潤滑油、つまり減速機の冷却効率をさらにアップさせることができる。

また本発明においては、上記モータハウジングとブレーキハウジングと減速機ハウジングとを互いの外周部で共通の連結ボルトによって連結し、上記冷媒通路を、この連結ボルトの貫通部分で同ボルトから逃げるリング状に設けるのが望ましい(請求項３)。

こうすれば、冷媒通路の断面積を最大限大きくとることができるため、冷却効果を一層高めることができる。

但し、冷媒通路をボルト貫通部分でボルトから逃がす分、同通路の断面積のロスが生じる。

そこで、上記モータハウジングとブレーキハウジング、及びブレーキハウジングと減速機ハウジングをそれぞれ互いの外周部で、上記冷媒通路に届かない別々の連結ボルトによって連結してもよい(請求項４)。

こうすれば、冷媒通路の断面積のロスがないとともに、冷媒通路の加工が容易で加工コストが安くてすむ。

本発明によると、直径方向にコンパクトでありながら、減速機を効率良く冷却することができる。

本発明の第１実施形態を示す一部断面側面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。 図１の一部拡大図である。 本発明の第２実施形態を示す図３相当図である。 本発明の第３実施形態を示す一部断面側面図である。

以下の各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、互いのモータ軸と減速出力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、減速機の減速機ハウジ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３参照)
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とが装置軸方向に並設されて構成される。

モータ１はモータハウジング３、減速機２は筒状の減速機ハウジング４をそれぞれ備え、モータ１を上にして、互いのモータ軸５と減速出力軸６の中心が装置軸方向(上下方向)に一致する縦置き状態で、モータハウジング３の下端に設けられたフランジ３ａと減速機ハウジング４とが複数本の連結ボルト７で連結される。

減速機２の下端には、減速出力軸６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８が設けられ、このシャフト支持部８の下部外周に設けられた取付フランジ９が上部旋回体のアッパーフレーム１０に取付ボルト１１…によって取付けられる。

減速機２は、減速機ハウジング４内で一〜複数段の遊星歯車機構(図例では二段、以下、この場合で説明する)１２，１３が同軸上に並設されて構成され、減速機ハウジング４内のほぼ全長範囲に亘って潤滑油Ｏが注入される。

この潤滑油Ｏの油面は、停止時には水平となり(図１，３中のＯ１)、運転中は遠心力により外周側がせり上がるすり鉢状となる(図３中のＯ２)。

両遊星歯車機構１２，１３は、それぞれサンギヤＳ１，Ｓ２と、キャリア(スパイダともいう)Ｃ１，Ｃ２を介してこのサンギヤＳ１，Ｓ２の周りに設けられた複数のプラネタリギヤＰ１，Ｐ２と、減速機ハウジング４の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Ｒ１，Ｒ２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６の下端に設けられたピニオン１４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１０(上部旋回体)に伝達される。

この旋回駆動装置においては、モータ１と減速機２との間に、冷却器を兼ねる乾式のブレーキユニット１５が着脱自在に取付けられている。

このブレーキユニット１５は、図３に拡大して示すように、基本的にはブレーキハウジング１６で囲まれたブレーキ室１７内にブレーキ機構が収容されて成り、ブレーキハウジング１６の外周部に連結ボルト７が貫通する。

ブレーキ機構は、モータ軸５にスプライン結合されたブレーキディスク１８と、バネ１９によりブレーキディスク１８に押し付けられてブレーキ力を発揮させるブレーキパッド２０とを備え、外部からの油圧供給時にブレーキパッド２０がブレーキディスク１８から離れてブレーキ解放するネガティブブレーキとして構成されている。

ブレーキハウジング１６は、減速機ハウジング４内とブレーキ室１７とを仕切るリング状の仕切り壁２１を有し、この仕切り壁２１の中央部にモータ軸５の周囲を密封する軸封装置２２が設けられている。

このブレーキユニット１５におけるブレーキハウジング１６の外周部に水、油等の冷却媒体を通す冷媒通路２３と、外部からこの冷媒通路２３に冷却媒体を導入する冷媒入口２４、及び冷却済みの冷却媒体を外部に排出する冷媒出口２５が設けられている。

冷媒入口２４は冷却ポンプに、冷媒出口２５はタンク(いずれも図示しない)にそれぞれホース２６，２７を介して接続され、冷却媒体が冷却ポンプ、冷媒通路２３、タンクの経路で循環するように構成されている。

冷媒通路２３は、図２に示すようにハウジング全周に亘って、かつ、連結ボルト７が貫通する部分では同ボルト７から外周側に逃げるリング状に形成され、この冷媒通路２３を流れる冷却媒体によりブレーキハウジング１６を介して減速機ハウジング４及び潤滑油Ｏ、すなわち減速機２全体が冷却される。

ここで、ブレーキハウジング１６は、上下方向に働くブレーキ反力を支持する強度さえ確保できればよく、直径方向の強度は、リングギヤを兼ねる減速機ハウジング４と比較して遥かに低くてよい。

また、ブレーキハウジング１６の直径方向の肉厚寸法は、内周側にブレーキ機構を設けるのに十分な空間を確保できる範囲で内周側に拡張することが可能である。

この二点で、上記構成によると、ブレーキハウジング１６に冷媒通路２３を設けてもブレーキユニット１５の直径寸法を拡張する必要がない。

従って、駆動装置の最大直径寸法を小さく抑えることができるため、機器レイアウト上有利となる。

また、冷媒通路２３を設けてもブレーキユニット１５の直径寸法を拡張する必要がなく、これに連結されるモータ１も既存のものをそのまま使用することができるため、冷媒通路付きと、寒冷地向けの冷媒通路無しの二種類の仕様のブレーキユニットを使い分ける手法をとる場合でも、コストアップとならない。

さらに、ブレーキハウジング１６が外周側にはみ出してアッパーフレーム１０に対する取付ボルト１１の締め戻し操作に支障を来たすおそれがない。

しかも、減速機２に隣接するブレーキユニット１５のハウジング１６に冷媒通路２３を設けるため、ハウジング４，１６間の熱伝導によって減速機２を効率良く冷却することができる。

加えて、運転中、減速機ハウジング４内に注入された潤滑油Ｏの油面Ｏ２(図３中に二点鎖線で示す)が、遠心力によって外周側がせり上がるすり鉢状となること、及び潤滑油Ｏが外周側に盛んに飛散することの二点により、潤滑油Ｏとブレーキハウジング外周部との接触が活発に行われるため、この点でも減速機２の冷却効率が良いものとなる。

第２実施形態(図４参照)
第２、第３両実施形態については第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、ブレーキハウジング１６の外周部、詳しくは冷媒通路２３よりも内周側で同通路２３に近接した位置に油溝２８が設けられている。

この油溝２８は、下端が減速機ハウジング４内に開口して装置軸方向に延びる状態で設けられ、運転中、減速機ハウジング４内の潤滑油Ｏが遠心力ですり鉢状にせり上がり、あるいは外周側に飛散してこの油溝２８に流入し、冷媒通路２３近くまで導かれるように構成されている。

これにより、潤滑油Ｏ、及び減速機２の冷却効果を高めることができる。

この油溝２８は、ハウジング全周に亘るリング状に設けるのが望ましいが、周方向に間隔を置いて円筒状または上から見て円弧状のトンネルとして設けてもよい。

第３実施形態(図５参照)
第１及び第２両実施形態では、冷媒通路２３が連結ボルト７の貫通部分で同ボルト１７から逃げる分、断面積のロスが生じる。

そこで第３実施形態においては、モータ１とブレーキユニット１５のハウジング３，１６同士、及びブレーキユニット１５と減速機２のハウジング１６，４同士が、互いの外周部で、冷媒通路２３に届かない別々の連結ボルト２９，３０によって連結されている。

こうすれば、冷媒通路２３をボルト貫通部分で逃がす必要がないため、同通路２３の断面積のロスがないとともに、冷媒通路２３の加工が容易で加工コストが安くてすむ。

なお、図の例では、減速機ハウジング４の外周一部を内径側に凹ませてボルト挿脱のための空間３１を作り、この空間３１の上側で減速機ハウジング４とブレーキハウジング１６を上向きの連結ボルト３０で連結するとともに、空間３１の下側で減速機ハウジング４とシャフト支持部８を下向きの連結ボルト３２によって連結する構成がとられている。

但し、この構成によると減速機ハウジング４の強度が低下するため、ブレーキハウジング１６と減速機ハウジング４とシャフト支持部８の三者を下側から、冷媒通路２３に届かない共通の連結ボルトで連結する構成をとってもよい。

１ モータ
２ 減速機
３ モータハウジング
４ 減速機ハウジング
５ モータ軸
６ 減速出力軸
７ 連結ボルト
１０ アッパーフレーム
１１ 取付ボルト
１２，１３ 減速機を構成する遊星歯車機構
１４ ピニオン
Ｏ 潤滑油
１５ ブレーキユニット
１６ ブレーキハウジング
１８ ブレーキディスク
１９ バネ
２０ ブレーキパッド
２３ 冷媒通路
２４ 冷媒入口
２５ 冷媒出口
２８ 油溝
２９，３０ 連結ボルト

Claims (4)

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とを、互いのモータ軸と減速出力軸の中心が一致する状態で上下方向に並んで配置し、上記減速機は、減速機ハウジングで囲まれた減速機室内に、サン、プラネタリ、リング各ギヤを備えた一〜複数段の遊星歯車機構から成る減速機構を収容するとともに潤滑油を注入した建設機械の駆動装置において、上記モータと減速機との間に、上記モータ軸にブレーキをかける乾式のブレーキユニットをモータ及び減速機に対して着脱可能に設け、このブレーキユニットは、ブレーキハウジング内にブレーキ機構を収容するとともに、上記ブレーキハウジングにおける上記ブレーキ機構を取り巻く外周部に、冷却媒体が流れる冷媒通路と、冷媒の入口及び出口とを設けて成ることを特徴とする建設機械の駆動装置。
2. 上記ブレーキハウジングに、減速機ハウジング内の潤滑油が流入する油溝を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. 上記モータハウジングとブレーキハウジングと減速機ハウジングとを互いの外周部で共通の連結ボルトによって連結し、上記冷媒通路を、この連結ボルトの貫通部分で同ボルトから逃げるリング状に設けたことを特徴とする請求項１または２記載の建設機械の駆動装置。
4. 上記モータハウジングとブレーキハウジング、及びブレーキハウジングと減速機ハウジングをそれぞれ互いの外周部で、上記冷媒通路に届かない別々の連結ボルトによって連結したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の建設機械の駆動装置。

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