JP6009210B2 - 建設機械の駆動装置 - Google Patents

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Description

本発明は油圧ショベルやまたは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とを備えた一〜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。
この公知技術においては、隣り合う減速部間で回転軸に回転軸側ブレーキ板、ケーシング内周にケーシング側ブレーキ板をそれぞれ設け、ブレーキピストンの押し付け力により両側ブレーキ板同士を圧接させて減速機の回転軸に制動力を付与する構成をとっている。
特開２００７−３９９９０号公報
上記公知技術によると、減速部間にブレーキ機構を介装するため、このブレーキ機構分、減速機、つまり駆動装置全体の軸方向寸法が大きくなる。
このため、ショベルのように旋回駆動装置の上方に油圧配管が配索される等の理由から装置全長に制限を受ける建設機械では、旋回駆動装置の組み込みが困難となる等の弊害が生じる。
また、ブレーキ板同士の摩擦によって回転軸を制動するディスクブレーキ機構では、ブレーキ性能を高める必要から、回転軸中心からブレーキ板の摩擦点までの距離(以下、ブレーキ有効半径という)をできるだけ大きくとりたいという要請がある。
この要請に応えるため、公知技術では回転軸に円板状のブレーキ連結部を取付け、このブレーキ連結部の外周に回転軸側ブレーキ板を取付ける構成をとっている。
しかし、この構成では、部品点数が増え、コスト及び組立性の点で不利となる。
なお、回転軸側ブレーキ板そのものを大径として直接回転軸に取付けることも考えられるが、コスト、組立性の問題は解消されない。
そこで本発明は、ブレーキ機構の軸方向の占有スペースを縮小して装置軸方向寸法を小さくできるとともに、ブレーキ機構についてのコスト、組立性の点で有利な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、本発明は、上部旋回体を備えた建設機械の当該上部旋回体を旋回駆動するための駆動装置であって、駆動源としての油圧または電動のモータと、複数段の減速部と、ケーシングと、を有し、上記モータの回転力を減速して上記上部旋回体に伝達する減速機と、この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、上記減速機の上記各減速部は、回転軸のまわりに配置されるサン、プラネタリ、リング各ギヤを含む遊星歯車式の減速部であり、上記ブレーキ機構は、上記回転軸及び上記減速機のケーシングの双方にそれぞれ設けられた回転軸側ブレーキ板及びケーシング側ブレーキ板と、上記回転軸側ブレーキ板及び上記ケーシング側ブレーキ板に対して軸方向に押付けられるブレーキピストンと、を備え、上記ブレーキピストンの押し付け力により上記回転軸側ブレーキ板と上記ケーシング側ブレーキ板とを圧接させてブレーキ作用を行うように構成され、上記回転軸側のブレーキ板が、上記減速部のプラネタリギヤを回転自在に支持するスパイダのうち最も高速段の減速部のスパイダの外周に、上記スパイダと一体に回転する状態で設けられ、上記減速機のケーシングは、上記回転軸の軸方向に分割されかつ互いに着脱可能に結合される複数の分割ケーシングであって上記モータ側から順に並ぶ第１分割ケーシング、第２分割ケーシング及び第３分割ケーシングを含み、上記ブレーキピストンが上記第１分割ケーシング内に設けられ、上記回転軸側ブレーキ板及び上記ケーシング側ブレーキ板が上記第２分割ケーシング内に設けられるものである。
この構成によれば、回転軸側のブレーキ板を、減速部のプラネタリギヤを回転自在に支持するスパイダの外周にスパイダと一体回転し得る状態で設けたから、いいかえればスパイダを回転軸側ブレーキ板の母体としてブレーキ機構を構成したから、ブレーキ機構のためだけに必要な軸方向スペースを最小限に小さくし、これによって駆動装置の全長を小さく抑えることができる。
しかも、スパイダの外周に回転軸側ブレーキ板を設けることで同ブレーキ板のブレーキ有効半径を大きくとることができるため、高いブレーキ性能を確保することができる。
しかも、公知技術のブレーキ連結部のような別部品を追加したりブレーキ板そのものを大径としたりする必要がないため、コスト及び組立性の点で有利となる。
ここで、上記回転軸側のブレーキ板を上記スパイダとは別体のリング状に形成し、上記スパイダの外周にスプライン結合するのが望ましい。
こうすれば、同ブレーキ板をスパイダの一部として一体成形した場合と比べて、組立性が良くなるとともに、ブレーキ板の磨耗に伴う取替えや枚数の増減調節が容易となる。
この場合、回転軸中心とスプライン結合点の距離を大きくとることができるため、スプライン結合部分に働く接線荷重が小さくなる。このため、結合部分の必要強度が小さくてすむ。
本発明では、複数段の減速部によって減速機を構成する場合は、上記回転軸側のブレーキ板を最も高速段の減速部のスパイダの外周に設けているので、最も回転トルクの小さな部分でブレーキ作用が行われる。従って小さなブレーキトルクで高いブレーキ性能を得ることができる。
本発明によると、ブレーキ機構の軸方向の占有スペースを縮小して装置軸方向寸法を小さくできるとともに、ブレーキ機構についてのコスト、組立性の点で有利となる。
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装置軸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。
第１実施形態(図１，２参照)
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は筒状の減速機ケーシング(以下、単にケーシングという)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〜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Ｓと、スパイダ１２，１３，１４を介してこのサンギヤＳの周りに設けられた複数のプラネタリギヤＰと、ケーシング内周に設けられたリングギヤＲから成り、周知のようにプラネタリギヤＰ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。
なお、第１段減速部９のサンギヤＳ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Ｓ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Ｓは同、第２回転軸１８にそれぞれ取付けられている。
また、ケーシング４は、第１、第２、第３の分割ケーシング４ａ，４ｂ，４ｃ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及びブレーキ機構１９が第１、第２両分割ケーシング４ａ，４ｂ内に、第２及び第３段減速部１０，１１が第３分割ケーシング４ｃ内にそれぞれ設けられている。
この旋回駆動装置においては、減速機２内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、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回転軸側及びケーシング側両ブレーキ板２３，２４とによって構成される。
回転軸側ブレーキ板２３はリング状に形成され、第１段減速部９のスパイダ１２の外周にスプライン結合されて、スパイダ１２と一体回転可能でかつ上下移動可能となっている。
このスパイダ１２は、第１回転軸１７の外周にスプライン結合されることにより、第１回転軸１７と一体回転する状態で取付けられている。
一方、ケーシング側ブレーキ板２４は、第２分割ケーシング４ｂの内周面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両側ブレーキ板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) 回転軸側ブレーキ板２３を、第１段減速部９のプラネタリギヤＰを回転自在に支持するスパイダ１２の外周にスパイダ１２と一体回転し得る状態で設けたから、いいかえればスパイダ１２を回転軸側ブレーキ板２３の母体としてブレーキ機構１９を構成したから、ブレーキ機構１９のためだけに必要な軸方向スペースを最小限に小さくし、これによって駆動装置の全長を小さく抑えることができる。
(ＩＩ) 両側ブレーキ板２３，２４の摩擦によって発生するブレーキトルクは、基本的には、
ブレーキ有効半径×摩擦係数×押し付け力
によって表される。
すなわち、ブレーキ有効半径が大きいほどブレーキトルクが大きくなる。
ここで、この旋回駆動装置によると、スパイダ１２という一定の半径を持ったリング状部材の外周に回転軸側ブレーキ板２３を設けているため、同ブレーキ板２３のブレーキ有効半径を大きくとることができ。このため、高いブレーキ性能を確保することができる。
しかも、公知技術のブレーキ連結部のような別部品を追加したりブレーキ板そのものを大径としたりする必要がないため、コスト及び組立性の点で有利となる。
(ＩＩＩ) 回転軸側ブレーキ板２３をスパイダ１２とは別体のリング状に形成し、スパイダ１２の外周にスプライン結合しているため、同ブレーキ板２３をスパイダの一部として一体成形した場合と比べて、組立性が良くなるとともに、同ブレーキ板２３の磨耗に伴う取替えや枚数の増減調節が容易となる。
(ＩＶ) 回転軸中心(第１回転軸１７の中心)とスプライン結合点の距離が十分大きいため、スプライン結合部分に働く接線荷重が小さくなる。このため、結合部分の必要強度が小さくてすむ。
(Ｖ) 回転軸側ブレーキ板２３を、最も高速段の減速部(第１段減速部)９のスパイダ外周に設けているため、つまり、最も回転トルクの小さな部分でブレーキ作用が行われるため、小さなブレーキトルクで高いブレーキ性能を得ることができる。
(ＶＩ) 減速機２のケーシング４を軸方向に三つの分割ケーシング４ａ，４ｂ，４ｃに分け、第１段減速部９及びブレーキ機構１９を同じ分割ケーシング(第１、第２両分割ケーシング)４ａ，４ｂ内に配置しているため、ブレーキ機構１９の組み込みを含めた減速機２の組立が容易となる。
また、駆動装置によっては、減速部が二段でブレーキ機構を設けない(あるいはモータ軸まわりに設ける)場合がある。この場合、ブレーキ機構１９付きの第１段減速部９とブレーキ機構１９をユニットとして分割ケーシング４ａ，４ｂごと着脱できるため、仕様変更に容易に対応することができる。
他の実施形態
(１) 上記実施形態ではモータ１と減速機２が上下に並設された縦置き型の駆動装置を適用対象としたが、本発明はモータ１と減速機２が左右に並設された横置き方の駆動装置にも上記同様に適用することができる。
(２) 上記実施形態では、回転軸側ブレーキ板２３を第１段減速部９のスパイダ外周にスプライン結合する構成をとったが、同ブレーキ板２３をスパイダ１２の外周にボルト結合してもよいし、スパイダ１２の一部としてスパイダ１２と一体に成形してもよい。
この場合、同ブレーキ板２３は上下移動不能な固定ブレーキ板となるため、その片面に対し可動ブレーキ板であるケーシング側ブレーキ板２４を圧接／離間させてブレーキ作動／ブレーキ解除する構成がとられる。
(３) 回転軸側ブレーキ板２３は、上記実施形態のように最も高速段の減速部９のスパイダ外周に設けるのがブレーキ性能の点で有利であるが、第２段減速部１０または第３段減速部１１のスパイダ外周に設けてもよい。
１ モータ
２ 減速機
３ モータハウジング
４ ケーシング
４ａ，４ｂ，４ｃ 分割ケーシング
９ 第１段減速部
１０ 第２段減速部
１１ 第３段減速部
Ｓ 減速部を構成するサンギヤ
Ｐ 同、プラネタリギヤ
Ｒ 同、リングギヤ
１２ 第１段減速部のスパイダ
１６ モータ軸
１７ 減速機の第１回転軸
１８ 減速機の第２回転軸
１９ ブレーキ機構
２０ ブレーキ機構を構成するバネ
２１ 同、ブレーキピストン
２２ 同、圧力室
２３ 同、回転軸側ブレーキ板
２４ 同、ケーシング側ブレーキ板

Claims (2)

  1. 上部旋回体を備えた建設機械の当該上部旋回体を旋回駆動するための駆動装置であって、
    駆動源としての油圧または電動のモータと、
    複数段の減速部と、ケーシングと、を有し、上記モータの回転力を減速して上記上部旋回体に伝達する減速機と、
    この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、
    上記減速機の上記各減速部は、回転軸のまわりに配置されるサン、プラネタリ、リング各ギヤを含む遊星歯車式の減速部であり、
    上記ブレーキ機構は、上記回転軸及び上記減速機のケーシングの双方にそれぞれ設けられた回転軸側ブレーキ板及びケーシング側ブレーキ板と、上記回転軸側ブレーキ板及び上記ケーシング側ブレーキ板に対して軸方向に押付けられるブレーキピストンと、を備え、上記ブレーキピストンの押し付け力により上記回転軸側ブレーキ板と上記ケーシング側ブレーキ板とを圧接させてブレーキ作用を行うように構成され、
    上記回転軸側のブレーキ板が、上記減速部のプラネタリギヤを回転自在に支持するスパイダのうち最も高速段の減速部のスパイダの外周に、上記スパイダと一体に回転する状態で設けられ、
    上記減速機のケーシングは、上記回転軸の軸方向に分割されかつ互いに着脱可能に結合される複数の分割ケーシングであって上記モータ側から順に並ぶ第１分割ケーシング、第２分割ケーシング及び第３分割ケーシングを含み、上記ブレーキピストンが上記第１分割ケーシング内に設けられ、上記回転軸側ブレーキ板及び上記ケーシング側ブレーキ板が上記第２分割ケーシング内に設けられることを特徴とする建設機械の駆動装置。
  2. 上記回転軸側のブレーキ板は上記スパイダとは別体のリング状に形成され、上記スパイダの外周にスプライン結合されることを特徴とする請求項１記載の建設機械の駆動装置。
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