JP5693929B2 - ハイブリッド建機用旋回駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、下位体の上部に旋回体が旋回自在に設けられるとともにアクチュエータ駆動用のエンジンと電動発電機とを有するハイブリッド建設機械において用いられ、電動発電機に連結されるとともに旋回体を旋回駆動するハイブリッド建機用旋回駆動装置に関する。

下部走行体として構成された下位体の上部に旋回体が旋回自在に設けられたショベル機等の建設機械において、アクチュエータ駆動用のエンジンと電動発電機とを有するハイブリッド建設機械が知られている（特許文献１を参照）。特許文献１に開示されたハイブリッド建設機械においては、エンジンと、このエンジンにより駆動される油圧ポンプと、油圧ポンプからの吐出油により駆動される油圧アクチュエータとが設けられるとともに、第１電動機及び第２電動機と蓄電装置とが設けられている。第１電動機はエンジンによって駆動され、この第１電動機による発電電力が蓄電装置に充電される。そして、蓄電装置の電力によって第２電動機が駆動され、これにより、旋回体が旋回駆動される。また、第２電動機は、旋回体の旋回制動時には、旋回体の慣性エネルギを電気エネルギに変換して回生するように発電作動する電動発電機として設けられている。この電動発電機による発電電力は、蓄電装置に充電される。

特許文献１に開示されたハイブリッド建設機械においては、上記の第２電動機として構成された電動発電機に連結されるとともに旋回体を旋回駆動する駆動装置（減速機１３）として設けられたハイブリッド建機用旋回駆動装置が備えられている。また、特許文献２においては、電動モータに連結されて旋回体を旋回駆動する建設機械用の旋回駆動装置として、３段式の遊星歯車機構を備えた駆動装置が開示されている。

特開２００２−２７５９４５号公報（第４−５頁、第１図） 特開２００７−３９９９０号公報（第９−１１頁、第４図）

ハイブリッド建設機械において、上記の電動発電機の小型化を図るとともにこの電動発電機における回生能力を高めるためには、電動発電機に対して高速の回転が入力されるように構成されることが望ましい。このためには、ハイブリッド建機用旋回駆動装置として、増速比の高い旋回駆動装置が必要となる。ハイブリッド建機用旋回駆動装置として、特許文献２に開示されたような３段式の遊星歯車機構を有する旋回駆動装置を用いることで、増速比を高めたハイブリッド建機用旋回駆動装置を実現することが考えられる。

しかしながら、特許文献２に開示された旋回駆動装置の場合、上述のように３段式の遊星歯車機構を備えて構成されるため、駆動力の伝達経路において、歯の噛み合い部やスプライン結合部が非常に多く存在してしまうことになり、バックラッシュの増大を招いてしまうことになる。このため、ショベル機におけるバケット部分のような旋回体の先端部において、旋回動作の停止時における揺り戻しの発生による揺動範囲が大きくなってしまうことになる。これにより、ハイブリッド建設機械を操縦している操縦者が所望の箇所にバケット部分のような旋回体の先端部を停止させる操作を行うことが困難になってしまい、操作性の悪化を招いてしまうことになる。

本発明は、上記実情に鑑みることにより、高い増速比を確保して電動発電機に高速の回転を入力することができるとともに、操縦者が所望の箇所に旋回体の先端部を容易に停止させる操作を行うことができて操作性の向上を図ることができるハイブリッド建機用旋回駆動装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための第１発明に係るハイブリッド建機用旋回駆動装置は、下位体の上部に旋回体が旋回自在に設けられるとともにアクチュエータ駆動用のエンジンと電動発電機とを有するハイブリッド建設機械において用いられ、前記電動発電機に連結されるとともに前記旋回体を旋回駆動するハイブリッド建機用旋回駆動装置に関する。そして、第１発明に係るハイブリッド建機用旋回駆動装置は、ケースと、前記ケースの内周に配置された複数の内歯と、前記ケースに収納されるとともに前記内歯に噛み合う外歯が外周に設けられた外歯歯車と、前記外歯歯車に形成されたクランク用孔を貫通し、駆動力が伝達されたときには回転して前記外歯歯車を偏心させて揺動回転させ、前記外歯歯車が揺動回転したときは当該外歯歯車からの駆動力により回転されるクランク軸と、前記クランク軸の一端側を回転自在に保持する端部キャリア、前記クランク軸の他端側を回転自在に保持する基部キャリア、及び、前記端部キャリアと前記基部キャリアとを連結する支柱、を有するキャリアと、前記電動発電機の回転軸に連結されるとともに当該電動発電機と反対側である他端側の端部に入出力ギア部が設けられた第１入出力軸と、前記クランク軸の一端側に第１スプライン結合部を介して固定されるとともに、外周に形成された歯が前記入出力ギア部に噛み合うクランク軸用歯車と、前記基部キャリアに一体に形成された第２入出力軸と、前記第２入出力軸に対して第２スプライン結合部を介して固定され、前記下位体に設けられたリングギアに噛み合うピニオンと、を備え、前記電動発電機の定格回転数は、６０００ｒｐｍ以上で１００００ｒｐｍ以下の範囲に設定され、前記ピニオンから前記第１入出力軸に対して駆動力が伝達される際における増速比は、６０以上で１１０以下の範囲に設定され、前記入出力ギア部及び前記クランク軸用歯車の間と、前記第１スプライン結合部と、前記クランク軸及び前記外歯歯車の間と、前記外歯歯車及び前記内歯の間と、前記第２スプライン結合部と、によって規定される前記第１入出力軸から前記ピニオンまでの間のバックラッシュ量の合計が、０．２５度以上で０．５０度以下の範囲に設定されていることを特徴とする。

この発明によると、ハイブリッド建機用旋回駆動装置が、キャリアに回転自在に保持されたクランク軸の回転とともにケースの内周の内歯に噛み合う外歯歯車が偏心して揺動回転する偏心揺動型の駆動機構を備えて構成されている。そして、電動発電機の回転軸に連結される第１入出力軸は、クランク軸の一端側に固定されるクランク軸用歯車と噛み合い、下位体のリングギアに噛み合うピニオンが固定される第２入出力軸は、キャリアの基部キャリアに一体形成される。このため、第１入出力軸とピニオンとの間の駆動力伝達経路において、高い増速比を容易に確保することができるとともに、定格回転数が高速の６０００ｒｐｍ以上１００００ｒｐｍ以下の範囲に設定された電動発電機に対して高速の回転を入力することができる。そして、ピニオンから第１入出力軸に駆動力が伝達される際の増速比が６０以上１１０以下の範囲に設定されることで、電動発電機における回生能力を十分に高い水準まで効率よく高めることができる。尚、増速比が６０以上に設定されることで十分な回生能力が得られ、増速比が１１０を超えると回生能力を高める効果が急速に収束してしまうことになる。

また、特許文献２に開示されたような３段式の遊星歯車機構を有する旋回駆動装置の場合、歯の噛み合い部分やスプライン結合部が非常に多くの箇所に存在してしまうことになる。しかし、本発明によると、歯の噛み合い部分やスプライン結合部としては、入出力ギア部及びクランク軸用歯車の間と、第１スプライン結合部と、クランク軸及び外歯歯車の間と、外歯歯車及び内歯の間と、第２スプライン結合部とが存在し、相当に少ない箇所のみに存在する構成となる。そして、上記の箇所によって規定される第１入出力軸からピニオンまでの間のバックラッシュ量の合計が、０．２５度以上０．５０度以下の範囲に設定されることで、駆動効率の低下を抑制しつつ、バックラッシュを十分に低減することができる。これにより、旋回動作の停止時における揺り戻しの発生による揺動範囲を小さくすることができ、操縦者が所望の箇所に旋回体の先端部を停止させる操作を容易に行うことができる。尚、上記バックラッシュ量の合計について、０．２５度未満となると駆動効率の急激な低下を招いてしまうことになり、０．５０度を超えると旋回動作の停止時における揺り戻しの揺動範囲が急激に大きくなってしまうことになる。従って、このハイブリッド建機用旋回駆動装置によると、高い増速比を確保して電動発電機に高速の回転を入力することができるとともに、操縦者が所望の箇所に旋回体の先端部を容易に停止させる操作を行うことができて操作性の向上を図ることができる。

第２発明に係るハイブリッド建機用旋回駆動装置は、第１発明のハイブリッド建機用旋回駆動装置において、前記支柱と前記クランク軸とは、前記キャリアの周方向に沿って交互に並んで配置され、前記支柱は、前記キャリアの軸方向に垂直な断面が前記キャリアの径方向における当該支柱の中央部分の内側に偏った位置において凹む形状に形成されるように、側面に凹み部分が設けられ、前記外歯歯車に設けられて前記支柱が貫通する支柱貫通孔における前記支柱に対向する側面部分が、前記支柱における前記凹み部分に沿うように前記支柱貫通孔の内側に向かって張り出した側面部分として設けられていることを特徴とする。

この発明によると、支柱の側面に凹み部分が設けられ、外歯歯車における支柱貫通孔の側面部分が支柱の凹み部分に沿って張り出す部分として設けられる。このため、支柱貫通孔の張り出した部分に対応させてクランク軸の径方向の寸法を大きく設定することができる。そして、クランク軸が大径化されることにより耐久性が向上する。一方、支柱の側面に設けられる凹み部分は、キャリアの径方向における支柱の中央部分の内側に偏った位置に設けられるため、ハイブリッド建機用旋回駆動装置のねじり剛性に対する影響を小さくすることができる。このように、ハイブリッド建機用旋回駆動装置全体として、ねじり剛性を維持しながら、耐久性の向上を図ることができる。

本発明によると、高い増速比を確保して電動発電機に高速の回転を入力することができるとともに、操縦者が所望の箇所に旋回体の先端部を容易に停止させる操作を行うことができて操作性の向上を図ることができるハイブリッド建機用旋回駆動装置を提供することができる。

本発明の一実施の形態に係るハイブリッド建機用旋回駆動装置が用いられる建設機械を模式的に示す平面図である。 本発明の一実施の形態に係るハイブリッド建機用旋回駆動装置の断面図である。 図２に示すハイブリッド建機用旋回駆動装置における増減速部及びその近傍を拡大して示す断面図である。 図２に示すハイブリッド建機用旋回駆動装置のＢ−Ｂ線矢視位置から見た断面図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。尚、本発明の実施形態に係るハイブリッド建機用旋回駆動装置は、下位体の上部に旋回体が旋回自在に設けられるとともにアクチュエータ駆動用のエンジンと電動発電機とを有するハイブリッド建設機械において広く用いることができるものである。即ち、本実施形態は、ハイブリッド建設機械において用いられ、電動発電機に連結されるとともに旋回体を旋回駆動するハイブリッド建機用旋回駆動装置に関して、広く適用することができるものである。

図１は、本発明の一実施の形態に係るハイブリッド建機用旋回駆動装置１（以下、単に「旋回駆動装置１」ともいう）が適用されるショベル機１００を模式的に示す平面図である。図１に示すショベル機１００は、一対の走行クローラ１０１を有する下部走行体を構成する下位体の上部に旋回体１０２が旋回自在に設けられるとともにアクチュエータ駆動用のエンジン（図示せず）と電動発電機１０とを有するハイブリッド建設機械として構成されている。

ショベル機１００においては、下位体の本体部（図示せず）には、内周に歯が形成されたリングギア１０３が固定されており、旋回体１０２には、電動発電機１０及びこの電動発電機１０に連結された旋回駆動装置１が設置されている。旋回駆動装置１は、後述するピニオン１７（図２を参照）においてリングギア１０３に対して噛み合うように配置され、後述するケース１１（図２を参照）において旋回体１０２に取り付けられている。そして、旋回駆動装置１が電動発電機１０によって駆動されることで、旋回体１０２が下位体の本体部に対して旋回駆動されることになる。また、旋回体１０２の旋回制動時には、旋回駆動装置１によって電動発電機１０が駆動されることで、旋回体１０２の慣性エネルギを電気エネルギに変換して回生する発電が電動発電機１０において行われることになる。

また、図１に示すショベル機１００においては、前述のエンジンによって駆動される油圧ポンプと、旋回体１０２に設けられた複数のアクチュエータと、上記エンジンによって駆動される発電機（図示せず）と、この発電機による発電電力が充電される蓄電装置（図示せず）とが備えられている。電動発電機１０は、上記の蓄電装置から供給される電力によって駆動されるとともに、旋回体１０２の旋回制動時には発電した電力をこの蓄電装置に充電するように構成されている。この電動発電機１０としては、高い回生能力を確保するため、高速回転に対応可能なようにその定格回転数が６０００ｒｐｍ以上で１００００ｒｐｍ以下の範囲に設定されたものが用いられている。

また、上記の複数のアクチュエータは、上記の油圧ポンプから供給される圧油によって駆動される。そして、ショベル機１００においては、複数のアクチュエータとして、上記圧油により油圧シリンダによって駆動されるブーム１０４、アーム１０５、アタッチメントとしてのバケット１０６が設けられている。尚、旋回体１０２の旋回駆動時には、旋回体１０２の先端部となるバケット１０６は図中の両端矢印Ａで示す方向に回転することになる。

次に、本実施形態に係るハイブリッド建機用旋回駆動装置１について詳しく説明する。図２は、旋回駆動装置１を正面から見た断面図である。尚、図２では、電動発電機１０については、二点鎖線で外形の一部を図示しており、その入出力用の回転軸１０ａの一部のみ実線で図示している。この図２に示すように、旋回駆動装置１は、ケース１１、第１入出力軸１２、増減速部１３、第２入出力軸１４、ピン内歯１５、ピニオン１７等を備えて構成されている。そして、旋回駆動装置１は、一端側（図中の上側）においてケース１１に対して電動発電機１０が取り付けられており、他端側（図中の下側）においてケース１１から突出するように位置する第２入出力軸１４にピニオン１７が取り付けられている。尚、ピニオン１７は、第２入出力軸１４に対してスプライン結合部１８（本実施形態における第２スプライン結合部）を介して固定されている。

図２に示す旋回駆動装置１においては、上側に配置された電動発電機１０から駆動力が第１入出力軸１２に入力されたときは、その入力された回転をケース１１内に配置された増減速部１３を介して減速して伝達して第２入出力軸１４に取り付けられたピニオン１７から出力する。尚、前述のように、旋回駆動装置１は、ピニオン１７が下位体の本体部に設けられたリングギア１０３と噛み合うように配置されており、電動発電機１０からの駆動力に伴って旋回駆動装置１が作動してピニオン１７が回転することで、旋回体１０２が下位体に対して旋回駆動される。一方、旋回駆動装置１において、旋回体１０２の慣性エネルギによる駆動力が下側に配置されたピニオン１７及び第２入出力軸１４に入力されたときは、その入力された回転を増減速部１３を介して増速して伝達して第１入出力軸１２から電動発電機１０に出力する。尚、以下の説明においては、旋回駆動装置１において、電動発電機１０が配置される上側を一端側として、ピニオン１７が配置される下側を他端側として説明する。

図２に示すように、旋回駆動装置１のケース１１は、筒状の第１ケース部１１ａと第１ケース部１１ａの一端側に配置される第２ケース部１１ｂとで構成され、これらの縁部同士がボルト（図示せず）で連結されている。ケース１１の内部には、増減速部１３等が収納され、第１入出力軸１２、増減速部１３、及び第２入出力軸１４は、旋回駆動装置１の回転中心線Ｐ（図２において一点鎖線で図示）の方向である軸方向に沿って直列に配置されている。ケース１１は、一端側（第２ケース部１１ｂの端部側）には前述のように電動発電機１０が固定され、他端側（第１ケース部１１ａの端部側）が開口形成されている。尚、ケース１１の内部は外部に対してシール部材によって密封されており、この密封されたケース１１の内部には潤滑油が充填されている。

図３は、図２における増減速部１３及びその近傍を拡大して示す断面図である。図２及び図３に示すように、本実施形態における内歯を構成するピン内歯１５（図２及び図３では断面でなく外形を図示）は、ピン状の部材（丸棒状の部材）として形成されている。そして、ピン内歯１５は、その長手方向が回転中心線Ｐと平行に位置するように配置されるとともに、ケース１１の内周において周方向に沿って等間隔で配列され、後述する外歯歯車２２の外歯４７と噛み合うように構成されている。

図２及び図３に示すように、第１入出力軸１２は、軸状の歯車部材として設けられ、電動発電機１０の回転軸１０ａと同心上の回転中心線Ｐ上に配置されている。そして、第１入出力軸１２は、その一端側の端部において回転軸１０ａがキー結合を介して連結されている。また、第１入出力軸１２は、電動発電機１０と反対側である他端側の端部において、後述する増減速部１３のクランク軸用歯車１９に噛み合う入出力ギア部１２ａが設けられている。このように、第１入出力軸１２は、電動発電機１０の回転軸１０ａと増減速部１３のクランク軸用歯車１９との間で回転駆動力を伝達するように構成されている。

図２及び図３に示すように、増減速部１３は、クランク軸用歯車１９、クランク軸２０、キャリア２１、外歯歯車２２、クランク軸軸受（２６、２７）、ブレーキ機構３５等を備えて構成されている。

クランク軸用歯車１９は、スパーギアとして構成されている。そして、クランク軸用歯車１９は、その外周に形成された歯が第１入出力軸１２の入出力ギア部１２ａと噛み合うように入出力ギア部１２ａの周囲に複数（本実施形態では３つ）配置され、入出力ギア部１２ａに対して旋回駆動装置１の径方向（回転中心線Ｐに対して垂直な方向）に位置している。このクランク軸用歯車１９は、中央部分に貫通孔が形成され、この貫通孔においてクランク軸２０の一端側に対してスプライン結合部１６（本実施形態における第１スプライン結合部）を介して固定されている。これにより、クランク軸用歯車１９は、第１入出力軸１２とクランク軸２０との間で回転駆動力を伝達するように構成されている。

クランク軸２０は、回転中心線Ｐを中心とした周方向に沿った均等角度の位置に複数（本実施形態では３つ）配置されており、その軸方向が回転中心線Ｐと平行になるように配置されている。各クランク軸２０（図２及び図３では、断面でなく外形を図示）は、外歯歯車２２に形成されたクランク用孔３０をそれぞれ貫通するように配置された軸部材として設けられている。そして、クランク軸２０は、一端側に配置された第１入出力軸１２からの駆動力がクランク軸用歯車１９を介して伝達されたときには、自ら回転することで外歯歯車２２を偏心させて揺動回転させるように構成されている。一方、クランク軸２０は、他端側に配置された第２入出力軸１４からの駆動力が伝達されて外歯歯車２２が揺動回転したときには、外歯歯車２２からの駆動力により回転されるように構成されている。これにより、クランク軸２０は、自らの回転（自転）に伴う外歯歯車２２の回転とともに公転動作を行い、一方、自らの公転動作に伴う外歯歯車２２の回転とともに回転（自転）動作を行うことになる。

また、クランク軸２０には、第１偏心部２０ａ、第２偏心部２０ｂ、第１軸部２０ｃ、第２軸部２０ｄが形成され、一端側から、第１軸部２０ｃ、第１偏心部２０ａ、第２偏心部２０ｂ、第２軸部２０ｄの順番で設けられている。第１偏心部２０ａ及び第２偏心部２０ｂは、軸方向と垂直な断面が円形断面となるように形成され、それぞれの中心位置がクランク軸２０の回転中心線Ｑ（図３において一点鎖線で図示）に対して偏心するように設けられている。第１偏心部２０ａ及び第２偏心部２０ｂは、外歯歯車２２のクランク用孔３０に配置されている。

クランク軸２０の一端側に設けられた第１軸部２０ｃは、円筒ころ軸受（又はニードルころ軸受）として設けられた第１クランク軸軸受２６を介してキャリア２１に対して回転自在に保持されている。クランク軸２０の他端側に設けられた第２軸部２０ｄは、円筒ころ軸受（又はニードルころ軸受）として設けられた第２クランク軸軸受２７を介してキャリア２１に対して回転自在に保持されている。また、第１軸部２０ｃには、第１クランク軸軸受２６から一端側に突出するように位置するその端部側において、前述したように、クランク軸用歯車１９がスプライン結合部１６を介して固定されている。尚、本実施形態では、クランク軸２０を回転自在に保持する第１及び第２クランク軸軸受（２６、２７）として円筒ころ軸受が用いられるものを例示しているが、この通りでなくてもよく、例えば、テーパころ軸受が用いられるものであってもよい。

ブレーキ機構３５は、クランク軸２０の第１軸部２０ｃの一端側に配置され、クランク軸２０を係止するためにクランク軸２０の一端側の端部に制動力を付与する機構として設けられている。このブレーキ機構３５は、摩擦板３６、保持部材３７、ピストン部材３８、バネ３９等を備えて構成されている。摩擦板３６は、複数枚並んで配置され、クランク軸２０の一端側の端部に対して軸方向の相対変位が可能で径方向の相対変位が拘束された状態でスプライン結合部を介して連結されている。保持部材３７は、キャリア２１における後述の端部キャリア２４の一端側に固定されるとともに、摩擦板３６を保持する部材として設けられている。ピストン部材３８は、第１ケース部１１ｂの内壁との間で油圧室を区画しており、この油圧室から圧油が排出された状態では、バネ３９の付勢力で付勢されて他端側に変位して複数の摩擦板３６を押圧して摩擦力を発生させる。これにより、ブレーキ機構３５において、クランク軸２０に制動力が付与される。一方、上記油圧室に圧油が供給されることで、ピストン部材３８がバネ３９の付勢力に抗して一端側に変位する。これにより、ブレーキ機構３５において、制動力が解除されるよう構成されている。

キャリア２１は、基部キャリア２３と、端部キャリア２４と、支柱２５とを備えて構成されている。基部キャリア２３は、その他端側において第２入出力軸１４が一体に形成されてケース１１内に配置されている。基部キャリア２３は、その一端側にクランク保持穴４０が形成され、このクランク保持穴４０によって各クランク軸２０の他端側をその第２軸部２０ｄにて第２クランク軸軸受２７を介して回転自在に保持している。クランク保持穴４０は、回転中心線Ｐを中心とした周方向に沿った均等角度の位置に形成されている。

端部キャリア２４は、支柱２５を介して基部キャリア２３と連結され、円板状の部材として設けられている。端部キャリア２４には、回転中心線Ｐを中心とした周方向に沿った均等角度の位置にクランク軸２０の一端側の第１軸部２０ｃが配置される貫通孔としてクランク貫通孔４１が形成されている。このクランク貫通孔４１において、クランク軸２０の一端側がその第１軸部２０ｃにて第１クランク軸軸受２６を介して回転自在に保持されている。

支柱２５は、基部キャリア２３と端部キャリア２４との間に配置され、基部キャリア２３と端部キャリア２４とを連結する柱状部分として設けられている。支柱２５は、回転中心線Ｐを中心とした周方向に沿った均等角度の位置に複数（本実施形態では３つ）配置され、その軸方向が回転中心線Ｐと平行となるように配置されている。尚、支柱２５とクランク軸２０とは、回転中心線Ｐを中心とした周方向に沿って（即ち、キャリア２１の周方向に沿って）交互に並んで配置されている。各支柱２５は、基部キャリア２３に一体に形成され、基部キャリア２３の一端側において突出するように設けられている。そして、各支柱２５には、端部キャリア２４に形成された貫通孔に向かって開口するとともに軸方向に沿って延び、支柱ピン４２が圧入される支柱ピン穴４３が形成されている。支柱ピン４２が端部キャリア２４の一端側から支柱ピン穴４３に亘って圧入されることで、基部キャリア２３及び端部キャリア２４の周方向の位置が合わされる。また、各支柱２５には、端部キャリア２４に形成された貫通孔に向かって開口するとともに軸方向に沿って延び、支柱ボルト４４が挿入される支柱ボルト穴４５が形成されている。支柱ボルト穴４５の内周には、雌ネジ部分が形成され、支柱ボルト４４の他端側には、雄ネジ部分として形成されたネジ部が設けられている。支柱ボルト４４は、端部キャリア２４を貫通するよう配置されるとともにそのネジ部が支柱ボルト穴４５の雌ネジ部分と螺合することで、端部キャリア２４と基部キャリア２３とを支柱２５を介して結合するように構成されている。

尚、キャリア２１は、第２入出力軸１４とともに、ケース１１に対して、一対の主軸受５０を介して回転自在に保持されている。一対の主軸受５０は、主軸受５０ａと主軸受５０ｂとを備えて構成されている。主軸受５０ａは、端部キャリア２４をその外周側においてケース１１の内周側に対して回転自在に保持する玉軸受として構成されている。一方、主軸受５０ｂは、基部キャリア２３及び第２入出力軸１４をその外周側においてケース１１の内周側に対して回転自在に保持する自動調心ころ軸受として構成されている。

外歯歯車２２は、平行に配置された状態でケース１１内に収納される第１外歯歯車２２ａと第２外歯歯車２２ｂとで構成されている。第１外歯歯車２２ａ及び第２外歯歯車２２ｂにはそれぞれ、クランク軸２０が貫通するクランク用孔３０、及び、支柱２５が貫通する支柱貫通孔４６が形成されている。第１外歯歯車２２ａ及び第２外歯歯車２２ｂは、回転中心線Ｐと平行な方向において、クランク用孔３０及び支柱貫通孔４６の位置がそれぞれ対応するように配置されている。外歯歯車２２（２２ａ、２２ｂ）のクランク用孔３０は、円形孔として形成され、クランク軸２０に対応して外歯歯車２２の周方向に沿って均等角度の位置に複数（本実施形態では３つ）配置されている。また、支柱貫通孔４６は、支柱２５の断面形状に対応した孔として形成され、支柱２５に対応して外歯歯車２２の周方向に沿った均等角度の位置に複数（本実施形態では３つ）配置されている。また、支柱貫通孔４６は、外歯歯車２２の周方向において、クランク用孔３０と交互に形成されている。尚、支柱貫通孔４６には、支柱２５が遊嵌状態で貫通している。

また、第１外歯歯車２２ａ及び第２外歯歯車２２ｂのそれぞれの外周には、ピン内歯１５に噛み合う外歯４７が設けられている。尚、第１外歯歯車２２ａ及び第２外歯歯車２２ｂの外歯４７の歯数は、ピン内歯１５の歯数よりも１個又は複数個少なくなるように設けられている。このため、外歯歯車２２（２２ａ、２２ｂ）は、クランク軸２０の回転に対応して回転する際、及び、自ら回転することでクランク軸２０を回転させる際には、噛み合う外歯４７とピン内歯１５との噛み合いがずれ、偏心して揺動回転することになる。

また、外歯歯車２２は、クランク用孔３０において外歯用軸受（４８、４９）を介してクランク軸２０を回転自在に保持している。外歯用軸受４８は第１偏心部２０ａを第１外歯歯車２２ａに対して、外歯用軸受４９は第２偏心部２０ｂを第２外歯歯車２２ｂに対して、それぞれ回転自在に保持している。これらの外歯用軸受（４８、４９）は、円筒ころ軸受（又はニードルころ軸受）として構成されている。

ここで、支柱２５及び外歯歯車２２（２２ａ、２２ｂ）の形状について更に詳しく説明する。図４は、図２に示す旋回駆動装置１のＢ−Ｂ線矢視位置から見た断面図である。尚、図４は、旋回駆動装置１について、図２に対して拡大した状態で示している。

図４によく示すように、各支柱２５は、キャリア２１の軸方向に垂直な断面（即ち、回転中心線Ｐに垂直な断面）がキャリア２１の径方向における各支柱２５の中央部分の内側に偏った位置において凹む形状に形成されるように、側面に凹み部分２５ａが設けられている。凹み部分２５ａは、各支柱２５に一対で設けられ、各支柱２５においてキャリア２１の周方向における両側の各側面にそれぞれ設けられている。

また、外歯歯車２２（２２ａ、２２ｂ）に設けられて各支柱２５が貫通する各支柱貫通孔４６における各支柱２５に対向する側面部分４６ａが、各支柱２５における凹み部分２５ａに沿うように支柱貫通孔４６の内側に向かって張り出した側面部分４６ａとして設けられている。側面部分４６ａは、各支柱貫通孔４６に一対で設けられ、各支柱貫通孔４６において外歯歯車２２（２２ａ、２２ｂ）の周方向における両側の各側面にそれぞれ設けられている。各側面部分４６ａは、上記のように、各凹み部分２５ａに沿って設けられており、各凹み部分２５ａに対応して湾曲して張り出す形状に形成されている。

また、外歯歯車２２（２２ａ、２２ｂ）においては、側面部分４６ａとクランク用孔３０との間の部分の肉厚寸法が、要求される強度が確保される範囲で薄く形成されている。即ち、クランク用孔３０及び外歯用軸受（４８、４９）が、外歯歯車２２（２２ａ、２２ｂ）の周方向の両側に配置された側面部分４６ａに対して、より接近した位置に配置されるように、上記の肉厚寸法が設定されている。これにより、第１偏心部２０ａ及び第２偏心部２０ｂの大径化が図られ、クランク軸２０の径方向の寸法が大きくなるように設定されている。

また、外歯歯車２２（２２ａ、２２ｂ）においては、外歯歯車２２（２２ａ、２２ｂ）の半径方向に延びるとともに外歯用軸受（４８、４９）の外周に接する接線Ｒ（図４にて二点鎖線Ｒで示す接線）のそれぞれに対して支柱貫通孔４６の全てが外歯用軸受（４８、４９）と反対側に配置されている。即ち、支柱貫通孔４６は、接線Ｒと交わることなく、接線Ｒに対して外歯用軸受（４７、４８）と反対側に配置されている。このため、外歯歯車２２（２２ａ、２２ｂ）において、クランク用孔３０と支柱貫通孔４６との間の部分に対して外歯歯車２２（２２ａ、２２ｂ）の半径方向における外周側の部分であって外歯４７の近傍の部分の肉厚を厚くすることができる。これにより、凹み部分２５ａを形成しても図２乃至図４に示す旋回駆動装置１のように、ピン内歯１５の本数が比較的少なくてピン内歯１５の１本当りの負荷が大きい旋回駆動装置１の場合であっても、外歯歯車２２（２２ａ、２２ｂ）におけるクランク用孔３０と支柱貫通孔４６と外歯４７とが回りに配置された部分での十分な強度を確保することができる。

上述した旋回駆動装置１は、ピニオン１７から第１入出力軸１２に対して駆動力が伝達される際における増速比が、６０以上で１１０以下の範囲に設定されている。また、この旋回駆動装置１においては、バックラッシュ量の合計は、入出力ギア部１２ａ及びクランク軸用歯車１９の間と、第１スプライン結合部１６と、外歯用軸受（４８、４９）を介したクランク軸２０及び外歯歯車２２の間と、外歯歯車２２及びピン内歯１５の間と、第２スプライン結合部１８と、によって規定されることになる。そして、旋回駆動装置１では、このバックラッシュ量の合計が、０．２５度（°）以上で０．５０度（°）以下の範囲に設定されている。

次に、上述した旋回駆動装置１の作動について説明する。旋回体１０２の旋回駆動時には、旋回駆動装置１は、図示しない蓄電装置から供給される電力によって駆動される電動発電機１０の運転が行われることにより作動する。そして、電動発電機１０の運転が開始されると、電動発電機１０の回転軸１０ａによって駆動される第１入出力軸１２が回転する。第１入出力軸１２が回転すると、入出力ギア部１２ａに噛み合う各クランク軸用歯車１９が回転し、各クランク軸用歯車１９が固定された各クランク軸２０とともに第１及び第２偏心部（２０ａ、２０ｂ）が回転する。この回転に伴って、第１及び第２偏心部（２０ａ、２０ｂ）から外歯歯車２２（２２ａ、２２ｂ）に対して荷重が作用し、外歯歯車２２（２２ａ、２２ｂ）がピン内歯１５と噛み合いをずらしながら揺動するように偏心して回転する。そして、外歯歯車２２（２２ａ、２２ｂ）の揺動回転に伴って、外歯歯車２２（２２ａ、２２ｂ）に対して回転保持されたクランク軸２０が自転しながら回転中心線Ｐを中心として公転動作を行う。このクランク軸２０の公転動作により、クランク軸２０を回転自在に保持するキャリア２１とともに、第２入出力軸１４が回転し、リングギア１０３に噛み合うピニオン１７から大きなトルクが出力されることになる。これにより、旋回体１０２が旋回駆動されることになる。

一方、旋回体１０２の旋回制動時には、旋回体１０２の慣性エネルギによる駆動力がピニオン１７を介して第２入出力軸１４に入力され、第２入出力軸１４の回転とともに各クランク軸２０が公転動作を行う。このクランク軸２０の公転とともに外歯歯車２２（２２ａ、２２ｂ）がピン内歯１５との噛み合いをずらしながら揺動するように偏心して回転し、外歯歯車２２（２２ａ、２２ｂ）から各クランク軸２０の第１及び第２偏心部（２０ａ、２０ｂ）に対して荷重が作用し、各クランク軸２０が回転される。そして、各クランク軸２０に固定された各クランク軸用歯車１９に噛み合う第１入出力軸１２から電動発電機１０の回転軸１０ａに駆動力が入力され、制動中の電動発電機１０において発電が行われることになる。発電された電力は、図示しない蓄電装置に充電されることになる。

尚、上記の旋回制動時においては、ピニオン１７から第１入出力軸１２までの駆動力伝達経路において回転速度が６０倍以上１１０倍以下の範囲で増速され、その増速された高速の回転が電動発電機１０に入力される。そして、電動発電機１０の回転が停止するまでの間、発電が行われることになる。また、旋回駆動装置１のバックラッシュ量の合計が０．２５度以上で０．５０度以下の範囲に設定されているため、旋回制動動作が終了するタイミング（即ち、旋回動作の停止時）においては、旋回体１０２の先端部であるバケット１０６での揺り戻しの発生が大幅に抑制されることになる。

以上説明したように、旋回駆動装置１は、キャリア２１に回転自在に保持されたクランク軸２０の回転とともにケース１１の内周の内歯に噛み合う外歯歯車２２が偏心して揺動回転する偏心揺動型の駆動機構を備えて構成されている。そして、電動発電機１０の回転軸１０ａに連結される第１入出力軸１２は、クランク軸２０の一端側に固定されるクランク軸用歯車１９と噛み合い、下位体のリングギア１０３に噛み合うピニオン１７が固定される第２入出力軸１４は、キャリア２１の基部キャリア２３に一体形成される。このため、第１入出力軸１２とピニオン１７との間の駆動力伝達経路において、高い増速比を容易に確保することができるとともに、定格回転数が高速の６０００ｒｐｍ以上１００００ｒｐｍ以下の範囲に設定された電動発電機１０に対して高速の回転を入力することができる。そして、ピニオン１７から第１入出力軸１２に駆動力が伝達される際の増速比が６０以上１１０以下に設定されることで、電動発電機１０における回生能力を十分に高い水準まで効率よく高めることができる。

また、旋回駆動装置１によると、歯の噛み合い部分やスプライン結合部としては、入出力ギア部１２ａ及びクランク軸用歯車１９の間と、第１スプライン結合部１６と、クランク軸２０及び外歯歯車２２の間と、外歯歯車２２及びピン内歯１５の間と、第２スプライン結合部１８とが存在し、相当に少ない箇所のみに存在する構成となる。そして、上記の箇所によって規定される第１入出力軸１２からピニオン１７までの間のバックラッシュ量の合計が、０．２５度以上０．５０度以下の範囲に設定されることで、駆動効率の低下を抑制しつつ、バックラッシュを十分に低減することができる。これにより、旋回動作の停止時における揺り戻しの発生による揺動範囲を小さくすることができ、操縦者が所望の箇所に旋回体１０２の先端部のバケット１０６を停止させる操作を容易に行うことができる。

従って、本実施形態によると、高い増速比を確保して電動発電機１０に高速の回転を入力することができるとともに、操縦者が所望の箇所に旋回体１０２の先端部を容易に停止させる操作を行うことができて操作性の向上を図ることができるハイブリッド建機用旋回駆動装置１を提供することができる。

また、旋回駆動装置１によると、支柱２５の側面に凹み部分２５ａが設けられ、外歯歯車２２（２２ａ、２２ｂ）における支柱貫通孔４６の側面部分４６ａが支柱２５の凹み部分２５ａに沿って張り出す部分として設けられる。このため、支柱貫通孔４６の張り出した部分に対応させてクランク軸２０の径方向の寸法を大きく設定することができる。そして、クランク軸２０が大径化されることによりクランク軸２０の耐久性が向上する。一方、支柱２５の側面に設けられる凹み部分２５ａは、キャリア２１の径方向における支柱の中央部分の内側に偏った位置に設けられるため、旋回駆動装置１のねじり剛性に対する影響を小さくすることができる。このように、旋回駆動装置１全体として、ねじり剛性を維持しながら耐久性の向上を図ることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々に変更して実施することができる。例えば、次のように変更して実施することができる。

（１）本実施形態では、ショベル機として構成されたハイブリッド建設機械において用いられる場合を例にとって説明したが、この通りでなくてもよく、ショベル機以外のハイブリッド建設機械において用いられるものであってもよい

（２）また、クランク軸やキャリア等については、種々形態を変更して実施することができる。例えば、クランク軸が回転中心線上に配置されたセンタクランクタイプのハイブリッド建機用旋回駆動装置に本発明が適用されてもよい。また、基部キャリアと端部キャリアとを連結する支柱は、基部キャリアに一体に形成されていなくてもよく、基部キャリアとは別部材として形成されていてもよい。また、クランク軸及び支柱の数は、本実施形態とは異なっていてもよい。また、クランク軸の偏心部の個数や外歯歯車の枚数については、２つでなくてもよい。また、クランク軸用歯車については、スパーギアとして構成されていなくてもよく、例えば、ヘリカルギアとして構成されていてもよい。

本発明は、下位体の上部に旋回体が旋回自在に設けられるとともにアクチュエータ駆動用のエンジンと電動発電機とを有するハイブリッド建設機械において用いられ、電動発電機に連結されるとともに旋回体を旋回駆動するハイブリッド建機用旋回駆動装置として、広く適用することができるものである。

１ ハイブリッド建機用旋回駆動装置
１０ 電動発電機
１０ａ 回転軸
１１ ケース
１２ 第１入出力軸
１２ａ 入出力ギア部
１４ 第２入出力軸
１５ ピン内歯（内歯）
１６ スプライン結合部（第１スプライン結合部）
１７ ピニオン
１８ スプライン結合部（第２スプライン結合部）
１９ クランク軸用歯車
２０ クランク軸
２１ キャリア
２２、２２ａ、２２ｂ 外歯歯車
２３ 基部キャリア
２４ 端部キャリア
２５ 支柱
３０ クランク用孔
１００ ハイブリッド建設機械
１０２ 旋回体
１０３ リングギア

Claims (2)

1. 下位体の上部に旋回体が旋回自在に設けられるとともにアクチュエータ駆動用のエンジンと電動発電機とを有するハイブリッド建設機械において用いられ、前記電動発電機に連結されるとともに前記旋回体を旋回駆動するハイブリッド建機用旋回駆動装置であって、
   ケースと、
   前記ケースの内周に配置された複数の内歯と、
   前記ケースに収納されるとともに前記内歯に噛み合う外歯が外周に設けられた外歯歯車と、
   前記外歯歯車に形成されたクランク用孔を貫通し、駆動力が伝達されたときには回転して前記外歯歯車を偏心させて揺動回転させ、前記外歯歯車が揺動回転したときは当該外歯歯車からの駆動力により回転されるクランク軸と、
   前記クランク軸の一端側を回転自在に保持する端部キャリア、前記クランク軸の他端側を回転自在に保持する基部キャリア、及び、前記端部キャリアと前記基部キャリアとを連結する支柱、を有するキャリアと、
   前記電動発電機の回転軸に連結されるとともに当該電動発電機と反対側である他端側の端部に入出力ギア部が設けられた第１入出力軸と、
   前記クランク軸の一端側に第１スプライン結合部を介して固定されるとともに、外周に形成された歯が前記入出力ギア部に噛み合うクランク軸用歯車と、
   前記基部キャリアに一体に形成された第２入出力軸と、
   前記第２入出力軸に対して第２スプライン結合部を介して固定され、前記下位体に設けられたリングギアに噛み合うピニオンと、
   を備え、
   前記電動発電機の定格回転数は、６０００ｒｐｍ以上で１００００ｒｐｍ以下の範囲に設定され、
   前記ピニオンから前記第１入出力軸に対して駆動力が伝達される際における増速比は、６０以上で１１０以下の範囲に設定され、
   前記入出力ギア部及び前記クランク軸用歯車の間と、前記第１スプライン結合部と、前記クランク軸及び前記外歯歯車の間と、前記外歯歯車及び前記内歯の間と、前記第２スプライン結合部と、によって規定される前記第１入出力軸から前記ピニオンまでの間のバックラッシュ量の合計が、０．２５度以上で０．５０度以下の範囲に設定されていることを特徴とする、ハイブリッド建機用旋回駆動装置。
2. 請求項１に記載のハイブリッド建機用旋回駆動装置であって、
   前記支柱と前記クランク軸とは、前記キャリアの周方向に沿って交互に並んで配置され、
   前記支柱は、前記キャリアの軸方向に垂直な断面が前記キャリアの径方向における当該支柱の中央部分の内側に偏った位置において凹む形状に形成されるように、側面に凹み部分が設けられ、
   前記外歯歯車に設けられて前記支柱が貫通する支柱貫通孔における前記支柱に対向する側面部分が、前記支柱における前記凹み部分に沿うように前記支柱貫通孔の内側に向かって張り出した側面部分として設けられていることを特徴とする、ハイブリッド建機用旋回駆動装置。

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