JP6246554B2 - ショベル、及び減速機 - Google Patents

Description

本発明は、ブレーキ装置が組み込まれた減速機、及び該減速機が含まれる旋回駆動装置を備えるショベルに関する。

一般に、ショベルの上部旋回体を旋回させる旋回駆動装置は、電動モータ等の動力源と減速機等から構成され、内部に旋回駆動装置の旋回停止状態を保持するためのブレーキ装置が組み込まれる。

従来、旋回駆動装置の回転軸に一体として回転可能に設けられ、回転半径外側に延在するディスクと、旋回駆動装置の収容部材に設けられ、ディスクにバネの付勢力により押圧されるプレート等により構成されるブレーキ装置が知られている。（例えば、特許文献１）。

特開２０１２−１８９１８５号公報

ところで、ショベルの上部旋回体は、キャビンやブーム、アーム、バケット等の作業要素が設けられ、非常に大きな重量を有する。よって、該上部旋回体の旋回に必要な出力のため、動力源としての電動モータ等の外径は大型化する場合が多い。また、電動モータ、減速機等の旋回駆動装置の構成要素は、軸方向にボルト締結されるため、ほぼ同一の外径とされる場合が多い。即ち、動力源の外径に併せて旋回駆動装置全体の外径も大型化する場合が多い。

この際、内部に組み込まれたブレーキ装置のディスク及びプレートは、ブレーキトルクの増大及びディスクの周速度の抑制との相反する要求に対応する形で、旋回駆動装置の半径方向における中央部付近の潤滑油内に配置される場合が多い。その結果、ディスク及びプレートが形成されている軸方向位置における収容部材の半径方向の厚みは他の部分よりも厚くなる場合が多い。

しかしながら、ブレーキ解除状態において、旋回駆動装置の回転軸と一体に回転するディスクは、潤滑油を攪拌しながら回転するため、潤滑油の油温上昇が生じる。ここで、ディスク及びプレートが形成されている軸方向位置における収容部材の半径方向の厚みが他の部分より厚いため、潤滑油の熱エネルギーが収容部材を通じて外部に伝達しにくい状態となり、潤滑油の変質を生じてしまう場合がある。潤滑油が変質した場合、潤滑油としての機能を果たすことができないため、最終的には、旋回停止に至り、ショベルの作業効率の低下を招くおそれがある。

そこで、上記課題に鑑み、組み込まれたブレーキ装置のディスクによる潤滑油の攪拌に起因した油温上昇を抑制することが可能な旋回駆動装置を備えるショベル等を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、一実施形態において、ショベルは、
旋回用電動機と、該旋回用電動機の回転駆動力を旋回体に伝達する旋回減速機と、前記旋回体を旋回停止状態に保持するブレーキ装置とを有する旋回駆動装置を搭載するショベルであって、
潤滑油で潤滑される前記旋回減速機及び前記ブレーキ装置を収容する空間を構成するケースを備え、
前記ブレーキ装置は、前記旋回減速機の入力軸、又は出力軸と共に一体で回転可能に設けられたブレーキディスクを含み、
前記ケースの外側には、前記ブレーキディスクが設けられた軸方向位置において、周方向の少なくとも一部に凹部が設けられ、
前記ケースの半径方向外端部には、前記ケースを固定するボルトであって、前記ブレーキディスクが設けられた軸方向位置を含む範囲で前記ケースを軸方向に貫通するボルトが設けられ、
前記ボルトは、前記ケースの全周に亘って複数設けられ、
前記凹部は、前記ケースの周方向位置のうち、前記ボルトが設けられない周方向位置だけに設けられることを特徴とする。
また、他の実施形態において、ショベルは、
旋回用電動機と、該旋回用電動機の回転駆動力を旋回体に伝達する旋回減速機と、前記旋回体を旋回停止状態に保持するブレーキ装置とを有する旋回駆動装置を搭載するショベルであって、
潤滑油で潤滑される前記旋回減速機及び前記ブレーキ装置を収容する空間を構成するケースを備え、
前記ブレーキ装置は、前記旋回減速機の入力軸、又は出力軸と共に一体で回転可能に設けられたブレーキディスクを含み、
前記ケースの外側には、前記ブレーキディスクが設けられた軸方向位置において、周方向の少なくとも一部に凹部が設けられ、
前記凹部の深さは、軸方向位置に応じた前記ケースの内径が小さくなるほど深くなるように、変化することを特徴とする。

また、一実施形態において、減速機は、
入力された回転駆動力を減速して出力する減速機構部と、該減速機構部の出力軸を回転停止状態に保持するブレーキ装置とを有する減速機であって、
潤滑油で潤滑される前記減速機構部及び前記ブレーキ装置を収容する空間を構成するケースを備え、
前記ブレーキ装置は、
前記減速機構部の入力軸、又は出力軸と共に一体で回転可能に設けられたブレーキディスクを含み、
前記ケースの外側には、
前記ブレーキディスクが設けられた軸方向位置において、周方向の少なくとも一部に凹部が設けられ、
前記ケースの半径方向外端部には、前記ケースを固定するボルトであって、前記ブレーキディスクが設けられた軸方向位置を含む範囲で前記ケースを軸方向に貫通するボルトが設けられ、
前記ボルトは、前記ケースの全周に亘って複数設けられ、
前記凹部は、前記ケースの周方向位置のうち、前記ボルトが設けられない周方向位置だけに設けられることを特徴とする。
また、他の実施形態において、減速機は、
入力された回転駆動力を減速して出力する減速機構部と、該減速機構部の出力軸を回転停止状態に保持するブレーキ装置とを有する減速機であって、
潤滑油で潤滑される前記減速機構部及び前記ブレーキ装置を収容する空間を構成するケースを備え、
前記ブレーキ装置は、前記減速機構部の入力軸、又は出力軸と共に一体で回転可能に設けられたブレーキディスクを含み、
前記ケースの外側には、前記ブレーキディスクが設けられた軸方向位置において、周方向の少なくとも一部に凹部が設けられ、
前記凹部の深さは、軸方向位置に応じた前記ケースの内径が小さくなるほど深くなるように、変化することを特徴とする。

本実施の形態によれば、組み込まれたブレーキ装置のディスクによる潤滑油の攪拌に起因した油温上昇を抑制することが可能な旋回駆動装置を備えるショベル等を提供することができる。

一実施形態によるショベルの側面図である。 一実施形態によるショベルの構成を示すブロック図である。 一実施形態によるショベルの旋回駆動装置を示すブロック図である。 旋回駆動装置の上面図である。 ブレーキ装置が組み込まれた旋回駆動装置の一例を示す断面図（図４のＶ−Ｖ線断面図）である。 ブレーキ装置が組み込まれた旋回駆動装置の他の例を示す断面図（図４のＶ−Ｖ線断面図）である。

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。

まず、本発明の一実施形態による旋回駆動装置が組み込まれたショベルの全体構成及び駆動系の構成について説明する。

図１は本発明の一実施形態による旋回駆動装置が組み込まれたショベルを示す側面図である。なお、ショベルは建設機械の一例であり、本発明の一実施形態による旋回駆動装置は、旋回体を旋回する機構を有する建設機械に組み込むことができる。

図１に示すショベルの下部走行体１には、旋回機構２を介して上部旋回体３が搭載されている。上部旋回体３には、ブーム４が取り付けられている。ブーム４の先端には、アーム５が取り付けられ、アーム５の先端には、バケット６が取り付けられている。ブーム４、アーム５、及びバケット６は、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９によりそれぞれ油圧駆動される。上部旋回体３には、キャビン１０が設けられ、且つエンジン等の動力源が搭載される。

なお、図１に示すショベルは、旋回駆動装置に供給する電力を蓄積する蓄電装置を有するショベルである。しかしながら、本発明は、電動旋回を採用したショベルであれば、例えば外部電源から充電電力が供給される電気駆動式ショベルにも適用され得る。

図２は、図１に示すショベルの駆動系の構成を示すブロック図である。図２において、機械的動力系は二重線、高圧油圧ラインは太い実線、パイロットラインは破線、電気駆動・制御系は細い実線でそれぞれ示されている。

機械式駆動部としてのエンジン１１と、アシスト駆動部としての電動発電機１２は、変速機１３の２つの入力軸にそれぞれ接続されている。変速機１３の出力軸には、油圧ポンプとしてメインポンプ１４及びパイロットポンプ１５が接続されている。メインポンプ１４には、高圧油圧ライン１６を介してコントロールバルブ１７が接続されている。また、パイロットポンプ１５には、パイロットライン２５を介して操作装置２６が接続されている。

コントロールバルブ１７は、ハイブリッド式ショベルにおける油圧系の制御を行う制御装置である。下部走行体１用の走行用油圧モータ１Ａ（右用）、１Ｂ（左用）、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９は、高圧油圧ライン１６を介してコントロールバルブ１７に接続される。また、コントロールバルブ１７には、油圧ライン２７を介して操作装置２６が接続され、パイロットポンプ１５の出力圧を元圧として、操作装置２６の操作量に応じて調整されたパイロット圧（信号圧）が供給される。コントロールバルブ１７は、供給されたパイロット圧に応じて、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９、走行用油圧モータ１Ａ（右用）、及び走行用油圧モータ１Ｂ（左用）のうちの一又は複数のものに対し、メインポンプ１４から供給された作動油を選択的に供給する。なお、以下の説明では、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９、走行用油圧モータ１Ａ（右用）、及び走行用油圧モータ１Ｂ（左用）を集合的に「油圧アクチュエータ」と呼ぶ場合がある。

電動発電機１２には、インバータ１８を介して、蓄電器としてのキャパシタを含む蓄電系（蓄電装置）１２０が接続される。蓄電系１２０には、インバータ２０を介して電動作業要素としての旋回用電動機２１が接続されている。旋回用電動機２１の出力軸２１ｂには、レゾルバ２２、及び旋回減速機２４が接続される。旋回減速機２４の出力軸２４Ａにはメカニカルブレーキ２３が接続される。旋回用電動機２１と、レゾルバ２２と、メカニカルブレーキ２３と、旋回減速機２４とにより、負荷駆動系としての旋回駆動装置４０が構成される。ここで、旋回用電動機２１は、上部旋回体３を旋回駆動するための旋回用電動モータに相当し、メカニカルブレーキ２３は、上部旋回体３を旋回停止状態に保持するために上部旋回体３に機械的にブレーキをかけるブレーキ装置に相当する。なお、本図においては、簡単のため、メカニカルブレーキ２３と旋回減速機２４とを別のブロック要素として記載したが、後述するように、本実施形態におけるメカニカルブレーキ２３は、旋回減速機２４に含まれる複数の減速機の間に組み込まれて構成される。メカニカルブレーキ２３と旋回減速機２４の詳細については、後述する。

操作装置２６は、レバー２６Ａ、２６Ｂ、及びペダル２６Ｃを含む。レバー２６Ａ、２６Ｂ、及びペダル２６Ｃは、油圧ライン２７及び２８を介して、コントロールバルブ１７及び圧力センサ２９にそれぞれ接続される。圧力センサ２９は、電気系の駆動制御を行うコントローラ３０に接続されている。

コントローラ３０は、ハイブリッド式ショベルの駆動制御を行う主制御部としての制御装置である。コントローラ３０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）及び内部メモリを含む演算処理装置で構成され、ＣＰＵが内部メモリに格納された駆動制御用のプログラムを実行することにより実現される装置である。

コントローラ３０は、圧力センサ２９から供給される信号を速度指令に変換し、旋回用電動機２１の駆動制御を行う。圧力センサ２９から供給される信号は、旋回機構２を旋回させるために操作装置２６を操作した場合の操作量を表す信号に相当する。なお、コントローラ３０は、レゾルバ２２から旋回用電動機２１の回転位置（旋回用電動機２１内のロータの位置や旋回用電動機２１の回転角速度等）に関する信号を受信し、該信号に基づき、上記駆動制御を行う。

コントローラ３０は、電動発電機１２の運転制御（電動（アシスト）運転又は発電運転の切り替え）を行うとともに、蓄電系１２０に含まれる昇降圧コンバータを駆動制御することによりキャパシタの充放電制御を行う。コントローラ３０は、キャパシタの充電状態、電動発電機１２の運転状態（電動（アシスト）運転又は発電運転）、及び旋回用電動機２１の運転状態（力行運転又は回生運転）に基づいて、蓄電系１２０に含まれる昇降圧コンバータの昇圧動作と降圧動作の切替制御を行い、これによりキャパシタの充放電制御を行う。また、コントローラ３０は、キャパシタに充電する量（充電電流又は充電電力）の制御も行なう。

上述のような構成のショベルによる作業では、上部旋回体３を旋回駆動するために、インバータ２０を介して供給される電力により旋回用電動機２１が駆動される。旋回用電動機２１の出力軸２１ｂの回転力は、旋回減速機２４とメカニカルブレーキ２３を介して旋回駆動装置４０の出力軸４０Ａに伝達される。

図３は本発明の一実施形態による旋回駆動装置４０の構成を示すブロック図である。上述のように、旋回駆動装置４０は、駆動源としての電動モータである旋回用電動機２１と旋回用電動機２１（電動モータ）の回転位置を検出するレゾルバ２２とを含む。旋回用電動機２１の出力軸側に旋回減速機２４が接続される。

具体的には、旋回減速機２４は、第１旋回減速機２４−１、第２旋回減速機２４−２、及び第３旋回減速機２４−３の３段構成を有する。第１旋回減速機２４−１、第２旋回減速機２４−２、及び第３旋回減速機２４−３は、それぞれ遊星歯車減速機で構成される。より具体的には、第１段の第１旋回減速機２４−１は、旋回用電動機２１に組み付けられる。また、第１旋回減速機２４−１の出力軸となる遊星キャリア４６には、メカニカルブレーキ２３としてのディスクブレーキが設けられる。また、第２段の第２旋回減速機２４−２は、メカニカルブレーキ２３を間に挟んで第１旋回減速機２４−１に組み付けられ、第３段の第３旋回減速機２４−３は第２旋回減速機２４−２に組み付けられる。そして、第３旋回減速機２４−３の出力軸が旋回駆動装置４０の出力軸４０Ａとなる。後述するように、第１旋回減速機２４−１とメカニカルブレーキ２３とは、同一の収容部材（第１ギヤケース５０、第２ギヤケース５２等）で密閉された収容空間に収容され、高速段減速機１５０を構成する。また、第２旋回減速機２４−２と第３旋回減速機２４−３とは、同一の収容部材（第３ギヤケース５４等）により密閉された収容空間に収容され、低速段減速機２００を構成する。なお、図示はしないが、旋回駆動装置４０の出力軸４０Ａは旋回機構２に接続され、出力軸４０Ａの回転力により旋回機構２が駆動される。

次に、図４及び図５を参照しながら、旋回駆動装置４０の具体的な構成について説明する。

図４は、旋回駆動装置４０の上面図であり、図４中の破線は、第１旋回減速機２４−１の主要構成部品のかくれ線を表す。

図４を参照するに、かくれ線で表された主要構成部品は、第１旋回減速機２４−１の遊星歯車機構と、遊星歯車機構の外周部に設けられるメカニカルブレーキ２３のスプリング６６である。遊星歯車機構は、第１旋回減速機の軸心に設けられる太陽歯車４２と、太陽歯車４２に噛み合う３つの遊星歯車４４と、遊星歯車４４に噛み合う内歯歯車４８が表されている。

また、図５は、ブレーキ装置が組み込まれた旋回駆動装置の一例を示す断面図であり、図４のＶ−Ｖ線断面図である。図５は、旋回駆動装置４０のうち、第１旋回減速機２４−１、メカニカルブレーキ２３、第２旋回減速機２４−２、及び第３旋回減速機２４−３を構成する部分の断面図を示している。高速段減速機１５０に含まれる第１旋回減速機２４−１及びメカニカルブレーキ２３は、第１ギヤケース５０、第２ギヤケース５２等により構成される収容空間に収容される。また、低速段減速機２００に含まれる第２旋回減速機２４−２及び第３旋回減速機２４−３は、第３ギヤケース５４等により構成される収容空間に収容される。また、高速段減速機１５０（第２ギヤケース５２）と低速段減速機２００（第３ギヤケース５４）とは、アダプタリング５８を介して結合される。具体的には、高速段減速機１５０に含まれる第２ギヤケース５２と低速段減速機２００に含まれる第３ギヤケース５４との間にアダプタリング５８を介在させ、第２ギヤケース５２と第３ギヤケース５４との結合形状の差異をアダプタリング５８に吸収させる。なお、アダプタリング５８と第２ギヤケース５２、及び第３ギヤケース５４とは、ボルト締結される。

まず、高速段減速機１５０（第１旋回減速機２４−１、メカニカルブレーキ２３）について説明をする。

図５を参照するに、第１旋回減速機２４―１を構成する遊星歯車減速機の太陽歯車４２が、旋回用電動機２１の出力軸２１ｂに固定されている。また、太陽歯車４２は、遊星キャリア４６とベアリング５１を介して回転可能に支えられている。また、太陽歯車４２は、３つの遊星歯車４４のそれぞれに係合している。遊星歯車４４のそれぞれは、保持ピン４４ａを介して第１旋回減速機２４−１の出力軸を構成する遊星キャリア４６に回転可能に支持されている。そして、各遊星歯車４４は、第１ギヤケース５０の内面に形成された内歯歯車４８に係合している。なお、保持ピン４４ａは、遊星歯車４４の旋回用電動機２１側の端面から軸方向に突出し、突出した部分の径を遊星歯車４４に貫通する部分の径より大きくすることによって、遊星歯車４４の軸方向の移動を規制している。

内歯歯車４８が形成された第１ギヤケース５０は、旋回用電動機２１のエンドプレート２１ａに固定されており、自ら回転することはできない。一方、出力軸を構成する遊星キャリア４６は、第１ギヤケース５０に固定された第２ギヤケース５２に対して、ベアリング５６を介して回転可能に支えられている。

また、遊星キャリア４６は、第１ギヤケース５０に固定された第２ギヤケース５２に対して、ベアリング５６を介してフローティング支持（遊星キャリア４６の径方向、軸方向に移動可能に支持）されている。これにより、各歯車（太陽歯車４２、遊星歯車４４、及び内歯歯車４８）の噛合反力によって遊星歯車４４（遊星キャリア４６）をセンタリングさせ、各歯車の分担荷重の均一化を図ることができる。遊星キャリア４６は、例えば、ベアリング５６が第２ギヤケース５２にスプライン結合される等によりフローティング支持されてよい。

第１旋回減速機２４−１に含まれる太陽歯車４２、遊星歯車４４、及び内歯歯車４８は、例えば、はすば歯車として構成されてよい。第１旋回減速機２４−１は、旋回用電動機２１の回転駆動力が入力され、回転速度が速い状態であるため、はすば歯車とすることにより歯当たりによる騒音を低減することができる。

なお、上述の第１旋回減速機２４−１は、各歯車を潤滑するための潤滑油が、旋回用電動機２１のエンドプレート２１ａ、出力軸２１ｂ、第１ギヤケース５０、第２ギヤケース５２、及び遊星キャリア４６によって密閉される構造となっている。

以上のような構成の第１旋回減速機２４−１において、旋回用電動機２１の出力軸２１ｂが回転して太陽歯車４２が回転すると、遊星歯車４４が回転（自転）する。遊星歯車４４は第１ギヤケース５０の内面に形成された内歯歯車４８に係合しており、遊星歯車４４の回転力で内歯歯車４８が形成された第１ギヤケース５０が回転しようとする。ところが、第１ギヤケース５０は旋回用電動機２１のエンドプレート２１ａに固定されているので、回転することはできない。その結果、遊星歯車４４を支持しながら自ら回転可能に支持されている遊星キャリア４６のほうが回転する。即ち、３つの遊星歯車４４のそれぞれは、自転しながら公転することによって遊星キャリア４６を回転させる。以上のような歯車作用により、旋回用電動機２１の出力軸２１ｂの回転が減速されて遊星キャリア４６から出力される。なお、遊星キャリア４６は、第１旋回減速機２４−１の出力軸を構成する。

次に、メカニカルブレーキ２３を構成するディスクブレーキの構造について説明する。ディスクブレーキは固定部である第２ギヤケース５２と出力軸である遊星キャリア４６との間に形成される。遊星キャリア４６の外周から遊星キャリア４６の回転半径方向外側に向けてブレーキディスク６０が延在する。ブレーキディスク６０は、遊星キャリア４６に対して回転はできないが、遊星キャリア４６の軸方向には移動可能な状態で、例えば、スプライン結合のような結合構造を介して遊星キャリア４６に結合されている。

ブレーキディスク６０の上下両側には、ブレーキプレート６２が配置されている。ブレーキプレート６２は、固定部である第２ギヤケース５２に対して回転はできないが、遊星キャリア４６の軸方向には移動可能な状態で、例えば、スプライン結合のような結合構造を介して第２ギヤケース５２の内面側に結合されている。本実施形態では、３枚のブレーキプレート６２のそれぞれの間に２枚のブレーキディスク６０が挟まれる構成を採用する。しかしながら、ディスクブレーキは、当該構成に限定されるものではない。例えば、２枚のブレーキプレート６２の間に１枚のブレーキディスク６０が挟まれる構成であってもよく、４枚以上のブレーキプレート６２のそれぞれの間に３枚以上のブレーキディスク６０が挟まれる構成であってもよい。

最も高い位置にあるブレーキプレート６２の上には、ピストン６４が、遊星キャリア４６の軸方向に移動可能な状態で配置されている。ピストン６４はスプリング６６により押圧されて最も高い位置にあるブレーキプレート６２に押し付けられている。本実施形態では、スプリング６６としてコイルスプリングを用いているが、小さな変位で高出力を得ることのできる多段重ねの皿バネを用いることもできる。なお、図４に示したとおり、スプリング６６は、旋回駆動装置４０の周方向に等角度間隔（図４の例では、３０°間隔で１２個設けられる）で全周配置されており、ピストン６４も同様に配置されている。

ブレーキプレート６２とブレーキディスク６０とは、遊星キャリア４６の軸方向に移動可能である。そのため、上側のブレーキプレート６２がピストン６４により押圧されると、ブレーキディスク６０は上下のブレーキプレート６２により挟まれて押圧される。ブレーキプレート６２とブレーキディスク６０の表面は摩擦係数の大きな被膜に覆われている。そして、ブレーキディスク６０がブレーキプレート６２により挟まれて押圧されることで、ブレーキディスク６０の回転を阻止しようとするブレーキ力がブレーキディスク６０に作用する。また、ブレーキディスク６０は遊星キャリア４６に対して回転できないように接続されている。そのため、ブレーキディスク６０に作用するブレーキ力が遊星キャリア４６に加わるブレーキ力となる。これにより、上部旋回体３の旋回停止状態の保持を安定させることができる。

ピストン６４と第２ギヤケース５２との間には、作動油が供給可能な油圧空間６８が形成され、油圧空間６８にブレーキ解除ポート６９が接続されている。また、ピストン６４と第２ギヤケース５２との間にはＯリング等のシール部材９１が配置され、油圧空間６８内の作動油が漏れ出ないようにシールしている。パイロットポンプ１５から操作装置２６、油圧ライン２７ａ（図２参照）及びブレーキ解除ポート６９を介して油圧空間６８に油圧が供給されると、ピストン６４が油圧により押し上げられてブレーキプレート６２を押圧する力が無くなり、ブレーキは解除される。

以上のような構成の第１旋回減速機２４−１において、本実施形態では、第１ギヤケース５０の上面にリング状の凹部が形成され、リング状の凹部の底面に複数の貫通孔が形成されている。この貫通孔のそれぞれに上述のスプリング６６が挿入されている。各スプリング６６の下端は、第１ギヤケース５０の貫通孔から突出し、ピストン６４に形成された穴の底面に当接している。そして、第１ギヤケース５０のリング状の凹部には、スプリング押さえ部材９０が嵌合している。スプリング押さえ部材９０は、複数のボルト９２により第１ギヤケース５０に締め付けられて固定されている。

スプリング押さえ部材９０が第１ギヤケース５０のリング状の凹部内に固定される前は、各スプリング６６の上端はリング状の凹部の底面から上方に突出している。したがって、スプリング押さえ部材９０を第１ギヤケース５０のリング状の凹部内に固定する際に、各スプリング６６はスプリング押さえ部材９０により押圧されて圧縮される。スプリング押さえ部材９０を第１ギヤケース５０のリング状の凹部内に固定すると、各スプリング６６は、スプリング押さえ部材９０とピストン６４との間に挟まれて圧縮された状態となっている。このときの各スプリング６６の復元力（スプリング付勢力）が、ピストン６４（すなわち、ブレーキプレート６２）をブレーキディスク６０に押し付ける力となり、遊星キャリア４６に加わるブレーキ力となる。

スプリング押さえ部材９０が第１ギヤケース５０のリング状の凹部内に固定された状態では、スプリング押さえ部材９０全体がリング状の凹部内に収容される。そのため、スプリング押さえ部材９０は、旋回用電動機２１のエンドプレート２１ａ（フランジとも呼ぶ場合もある）に当接する第１ギヤケース５０の合わせ面から突出することはない。したがって、第１ギヤケース５０の合わせ面のみが旋回用電動機２１のエンドプレート２１ａに当接する。ただし、スプリング押さえ部材９０の上面にはＯリング等のシール部材９３が配置され、第１ギヤケース５０内の遊星歯車４４を潤滑・冷却する潤滑油が漏れ出ないようにシールしている。また、スプリング押さえ部材９０の下面にもＯリング等のシール部材９４が配置され、スプリング６６が収容された部分に充填された潤滑油が漏れ出ないようにシールしている。同様に、第１ギヤケース５０と第２ギヤケース５２との間にもＯリング等のシール部材９５が配置され、スプリング６６が収容された部分に充填された潤滑油が漏れ出ないようにシールしている。

次に、低速段減速機２００（第２旋回減速機２４−２、第３旋回減速機２４−３）について説明をする。

第２旋回減速機２４−２を構成する遊星歯車減速機の太陽歯車８２は、第１旋回減速機２４−１の出力軸としての遊星キャリア４６に固定されている。また、太陽歯車８２は、３つの遊星歯車８４のそれぞれに係合している。遊星歯車８４のそれぞれは、保持ピン８４ａを介して第２旋回減速機２４−２の出力軸を構成する遊星キャリア８６に回転可能に支持されている。そして、各遊星歯車８４は、第３ギヤケース５４の内面に形成された内歯歯車８８に係合している。なお、保持ピン８４ａは、遊星歯車８４の第１旋回減速機２４−１側の端面から軸方向に突出し、突出した部分の径を遊星歯車８４に貫通する部分の径より大きくすることによって、遊星歯車８４の軸方向の移動を規制している。

また、遊星キャリア８６は、フローティング支持（遊星キャリア８６の径方向、軸方向に移動可能に支持）されている。具体的には、遊星キャリア８６は、遊星歯車８４を介して、フローティング支持された太陽歯車８２（遊星キャリア４６）に係合し、第３旋回減速機２４−３の太陽歯車１０２を介して、フローティング支持された遊星歯車１０４（遊星キャリア１０６）に係合する。なお、第３旋回減速機２４−３の遊星キャリア１０６のフローティング支持の詳細については、後述する。これにより、各歯車（太陽歯車８２、遊星歯車８４、及び内歯歯車８８）の噛合反力によって遊星歯車８４（遊星キャリア８６）をセンタリングさせ、各歯車の分担荷重の均一化を図ることができる。

内歯歯車８８が形成された第３ギヤケース５４は、上述したとおり、アダプタリング５８を介して、第２ギヤケース５２に固定されており、自ら回転することはできない。一方、出力軸を構成する遊星キャリア８６は、第３ギヤケース５４には支持固定されず、後述する第３旋回減速機２４−３の太陽歯車１０２を介して遊星歯車１０４と係合することにより回転可能となっている。

第２旋回減速機２４−２に含まれる太陽歯車８２、遊星歯車８４、及び内歯歯車８８は、平歯車として構成される。第２旋回減速機２４−２には、旋回用電動機２１の回転駆動力を第１旋回減速機２４−１により減速した動力が入力されるため、回転速度は減速され、歯当たりによる騒音は低減される。よって、平歯車を用いることによりコストを抑制することができる。

以上のような構成の第２旋回減速機２４−２において、第１旋回減速機２４−１の出力軸としての遊星キャリア４６が回転して太陽歯車８２が回転すると、遊星歯車８４が回転（自転）する。遊星歯車８４は第３ギヤケース５４の内面に形成された内歯歯車８８に係合しており、遊星歯車８４の回転力で内歯歯車８８が形成された第３ギヤケース５４が回転しようとする。ところが、第３ギヤケース５４はアダプタリング５８を介して第２ギヤケース５２に固定されているので、回転することはできない。その結果、遊星歯車８４を支持しながら自ら回転可能に支持されている遊星キャリア８６のほうが回転する。即ち、３つの遊星歯車８４のそれぞれは、自転しながら公転することによって遊星キャリア８６を回転させる。以上のような歯車作用により、第１旋回減速機２４−１の出力軸としての遊星キャリア４６の回転が減速されて遊星キャリア８６から出力される。なお、遊星キャリア８６は、第２旋回減速機２４−２の出力軸を構成する。

第３旋回減速機２４−３を構成する遊星歯車減速機の太陽歯車１０２は、第２旋回減速機２４−２の出力軸としての遊星キャリア８６に固定されている。また、太陽歯車１０２は、３つの遊星歯車１０４のそれぞれに係合している。遊星歯車１０４のそれぞれは、保持ピン１０４ａを介して第３旋回減速機２４−３の出力軸を構成する遊星キャリア１０６に回転可能に支持されている。そして、各遊星歯車１０４は、第３ギヤケース５４の内面に形成された内歯歯車１０８に係合している。なお、保持ピン１０４ａは、遊星歯車１０４の第２旋回減速機２４−２側の端面から軸方向に突出し、突出した部分の径を遊星歯車１０４に貫通する部分の径より大きくすることによって、遊星歯車１０４の軸方向の移動を規制している。

また、遊星キャリア１０６は、第３ギヤケース５４に対して、ベアリング１１０を介してフローティング支持（遊星キャリア１０６の径方向、軸方向に移動可能に支持）されている。これにより、各歯車（太陽歯車１０２、遊星歯車１０４、及び内歯歯車１０８）の噛合反力によって遊星歯車１０４（遊星キャリア１０６）をセンタリングさせ、各歯車の分担荷重の均一化を図ることができる。遊星キャリア１０６は、例えば、ベアリング１１０が第３ギヤケース５４にスプライン結合される等によりフローティング支持されてよい。

内歯歯車１０８が形成された第３ギヤケース５４は、上述したとおり、アダプタリング５８を介して、第２ギヤケース５２に固定されており、自ら回転することはできない。一方、出力軸を構成する遊星キャリア１０６は、第３ギヤケース５４に対して、ベアリング１１０を介して回転可能に支えられている。

第３旋回減速機２４−３に含まれる太陽歯車１０２、遊星歯車１０４、及び内歯歯車１０８は、平歯車として構成される。第３旋回減速機２４−３には、旋回用電動機２１の回転駆動力を第１旋回減速機２４−１、第２旋回減速機２４−２により減速した動力が入力されるため、回転速度は更に減速され、歯当たりによる騒音は更に低減される。よって、平歯車を用いることによりコストを抑制することができる。

以上のような構成の第３旋回減速機２４−３において、第２旋回減速機２４−２の出力軸としての遊星キャリア８６が回転して太陽歯車１０２が回転すると、遊星歯車１０４が回転（自転）する。遊星歯車１０４は第３ギヤケース５４の内面に形成された内歯歯車１０８に係合しており、遊星歯車１０４の回転力で内歯歯車１０８が形成された第３ギヤケース５４が回転しようとする。ところが、第３ギヤケース５４はアダプタリング５８を介して第２ギヤケース５２に固定されているので、回転することはできない。その結果、遊星歯車１０４を支持しながら自ら回転可能に支持されている遊星キャリア１０６のほうが回転する。即ち、３つの遊星歯車１０４のそれぞれは、自転しながら公転することによって遊星キャリア１０６を回転させる。以上のような歯車作用により、第２旋回減速機２４−２の出力軸としての遊星キャリア８６の回転が減速されて遊星キャリア１０６から出力される。なお、遊星キャリア１０６は、旋回減速機２４の出力軸４０Ａを構成する。

上述の構成により、旋回駆動装置４０は、旋回用電動機２１の出力軸２１ｂの回転速度を減じて出力軸４０Ａのトルクを増大させる。

具体的には、旋回駆動装置４０は、出力軸２１ｂの時計回りの高速・低トルクの回転に応じて、遊星歯車４４を反時計回りに自転させながら時計回りに公転させ、遊星キャリア４６を時計回りに回転させる。そして、旋回駆動装置４０は、遊星キャリア４６の時計回りの回転に応じて、遊星歯車８４を反時計回りに自転させながら時計回りに公転させ、遊星キャリア８６を時計回りに回転させる。さらに、旋回駆動装置４０は、遊星キャリア８６の時計回りの回転に応じて、遊星歯車１０４を反時計回りに自転させながら時計回りに公転させ、遊星キャリア１０６、すなわち、出力軸４０Ａを時計回りに低速・高トルクで回転させる。出力軸２１ｂが反時計回りに回転する場合も、各歯車の回転方向が逆になることを除き、同様である。

また、旋回駆動装置４０は、出力軸２１ｂ、エンドプレート２１ａ、第１ギヤケース５０、第２ギヤケース５２、及び遊星キャリア４６で密閉される空間ＳＰ１を有する。なお、出力軸２１ｂには、図示しないオイルシールが装着される。また、遊星キャリア４６には、ベアリング５６の下にオイルシール５７が装着される。空間ＳＰ１は、細かいドットパターンで表される潤滑油ＬＢ１で潤滑される太陽歯車４２、遊星歯車４４、遊星キャリア４６、ブレーキディスク６０、ブレーキプレート６２、及びピストン６４等を収容する。

また、旋回駆動装置４０は、遊星キャリア４６、第２ギヤケース５２、第３ギヤケース５４、アダプタリング５８、及び遊星キャリア１０６で密閉される空間ＳＰ２を有する。なお、遊星キャリア１０６には、図示しないオイルシールが装着される。空間ＳＰ２は、粗いドットパターンで表される潤滑油ＬＢ２で潤滑される太陽歯車８２、１０２、遊星歯車８４、１０４、及び、遊星キャリア８６、１０６等を収容する。なお、潤滑油ＬＢ２は、オイルシール５７によって潤滑油ＬＢ１から隔離されている。また、潤滑油ＬＢ２は、潤滑油ＬＢ１と同じ種類の潤滑油であってもよく、異なる種類の潤滑油であってもよい。例えば、旋回駆動装置４０は、高回転用の潤滑油ＬＢ１を、低回転用の潤滑油ＬＢ２とは異なる種類の潤滑油としてもよい。

以上のような構成の旋回駆動装置４０において、ブレーキディスク６０は、遊星キャリア４６と共に一体で回転可能とされているため、旋回用電動機２１の回転に伴う遊星キャリア４６の回転により潤滑油を攪拌することになる。そして、ブレーキディスク６０による潤滑油の攪拌よって、ブレーキディスク６０付近の潤滑油の油温は上昇する。また、ブレーキディスク６０は、上下方向で近接したブレーキプレート６２に挟まれた状態にあるため、ブレーキディスク６０が遊星キャリア４６と共に回転する際に、ブレーキディスク６０とブレーキプレート６２との間の潤滑油に大きなせん断力が生じる。そのため、該せん断力に起因して、更に、ブレーキディスク６０付近の潤滑油の油温は上昇する。

このとき、潤滑油の油温上昇による潤滑油の変質を回避するため、ブレーキディスク６０付近の潤滑油の熱エネルギーが外気と接触する第２ギヤケース５２等を通じて、外気に放出されることにより、潤滑油が冷却されることが好ましい。

しかしながら、発生させたいブレーキトルクと、ブレーキディスク６０の周速度とのバランスからブレーキディスク６０は、第２ギヤケースの外径に対して、半径方向の中央部付近に設けられる。具体的には、大きなブレーキトルクを発生させるため、ブレーキディスク６０は、半径方向外側に配置されることが好ましい。また、ブレーキディスク６０の周速度が大きくなると、攪拌による潤滑油の大きな油温上昇を招くことになるため、ブレーキディスク６０は、半径方向内側に配置されることが好ましい。そこで、これらのバランスを図り、ブレーキディスク６０は、第２ギヤケース５２の外径に対して、半径方向の中央部付近に設けられる。よって、ブレーキディスク６０（ブレーキプレート６２）が設けられる部分（軸方向位置）における第２ギヤケース５２の半径方向の厚みが他の部分（軸方向位置）より厚くなり、潤滑油の熱エネルギーが第２ギヤケース５２を通じて外気に伝達されにくくなる可能性がある。そのため、ブレーキディスク６０付近の潤滑油は、継続して油温が上昇することになり、変質するおそれがある。その結果、潤滑油が本来の機能を果たすことができなくなるため、旋回停止に至り、ショベルの作業効率を低下させるおそれがある。

そこで、本実施形態では、第２ギヤケース５２のブレーキディスク６０が設けられた軸方向位置において、周方向の少なくとも一部に外側から凹部を設けるとよい。以下、当該凹部の構造について、図５を用いて説明をする。

図５を参照するに、第２ギヤケース５２に、ブレーキディスク６０が設けられた軸方向位置を含む軸方向位置に凹部５２ｂが設けられている。該凹部５２ｂの深さは、例えば、第２ギヤケースの内面に対して、強度構造上において最低限必要な厚みが確保されるように設定されるとよい。なお、第２ギヤケース５２は、鋳造により形成されてよく、凹部５２ｂも鋳造型に当該凹部５２ｂの形状を反映させておくことにより形成される。

また、第２ギヤケース５２には、第１ギヤケース５０、第２ギヤケース５２、及びアダプタリング５８を締結するためのボルト５３を貫通させるための貫通孔（ボルト穴）５２ａが設けられる。貫通孔５２ａは、第２ギヤケース５２の半径方向外端部に設けられ、第２ギヤケース５２の軸方向に貫通している。同様に、第１ギヤケース５０にも半径方向外端部に設けられ、軸方向に貫通する貫通孔５０ａが貫通しており、アダプタリング５８にも半径方向外端部に設けられ、上端から軸方向に所定の深さを有するボルト穴５８ａが開けられている。ボルト５３は、貫通孔５０ａ、５２ａ、及びボルト穴５８ａにねじ込まれることにより第１ギヤケース５０、第２ギヤケース５２、及びアダプタリング５８を締結（固定）する。ボルト５３は、第２ギヤケース５２の周方向において、例えば、所定角度間隔で、全周にわたって複数設けられる。

第２ギヤケースの周方向位置のうち、ボルト５３が設けられる周方向位置には、上述した凹部５２ｂは、設けられない。即ち、凹部５２ｂは、第２ギヤケース５２の周方向位置のうち、ボルト５３が設けられない周方向位置に設けられる。もし、ボルト５３が設けられる周方向位置に凹部を設けると、ボルト５３が露出し、錆びる等の問題が生じる場合があり、このような問題の発生を回避するためである。

このように、第２ギヤケース５２のブレーキディスク６０が設けられた軸方向位置において、周方向の少なくとも一部に外側から凹部５２ｂを設けることにより、当該位置における第２ギヤケース５２の厚みが薄くなり、熱エネルギーが外気に逃げやすくなる。即ち、ブレーキディスク６０の回転による潤滑油の攪拌に起因して発生する熱エネルギーを、第２ギヤケース５２を通じて逃がすことが容易になり、油温上昇による潤滑油の変質等を防止することが可能となる。

また、具体的には、第２ギヤケースの周方向位置のうち、ボルト５３が設けられない周方向位置に凹部５２ｂを設け、ボルト５３が設けられる周方向位置には凹部５２ｂを設けない。これにより、油温上昇の抑制と第２ギヤケースの締結との両立を図ることができる。

ここで、図５の例において、凹部５２ｂは、第２ギヤケース５２の半径方向内側に一様な深さを有していたが、半径方向内側への深さを第２ギヤケース５２の内面に対応して変化させてもよい。

図６は、ブレーキ装置が組み込まれた旋回駆動装置４０の他の例を示す断面図であり、図４のＶ−Ｖ線断面図である。なお、第２ギヤケース５２の凹部５２ｂの形状以外は、図５の例と同様であるため、第２ギヤケース５２の凹部５２ｂの形状を中心に説明をする。

図６を参照するに、図５の例と同様、第２ギヤケース５２のブレーキディスク６０が設けられた軸方向位置を含む軸方向位置に凹部５２ｂが設けられている。但し、図５の例と異なり、該凹部５２ｂは、第２ギヤケース５２の半径方向内側への異なる深さの部分を有し、凹部５２ｂの底面が断形状となっている。凹部５２ｂの底面の断形状は、第２ギヤケース５２の内面の形状に対応している。即ち、第２ギヤケース５２の内面の内径は、軸方向位置によって異なっており、例えば、ピストン６４が設けられる軸方向位置における第２ギヤケース５２の内径は、ブレーキプレート６２が設けられる軸方向位置における第２ギヤケースの内径よりも大きい。そのため、第２ギヤケースの軸方向位置によって、凹部５２ｂの半径方向内側への深さを変化させて、段形状等にするとよい。これにより、第２ギヤケース５２の内面に対応して、強度構造上において必要な厚みが確保されるように凹部５２ｂを設定することができるため、潤滑油の冷却に加えて、効率的に第２ギヤケースの軽量化を図ることが可能となる。

また、凹部５２ｂの半径方向内側への深さが最も深い部分の軸方向範囲は、ブレーキディスク６０（ブレーキプレート６２）が設けられる軸方向範囲を一部含んでよい。これにより、ブレーキディスク６０付近の潤滑油の冷却性能を更に向上させることができる。

なお、第２ギヤケース５２は、図５の例の場合と同様、鋳造により形成されてよく、凹部５２ｂも鋳造型に当該凹部５２ｂの形状を反映させておくことにより形成される。

以上、本発明を実施するための形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

上述した実施形態において、ディスクブレーキは、第１旋回減速機２４−１の出力軸（遊星キャリア４６）と第２ギヤケース５２との間に設けられるが、入力軸と第１ギヤケース５０との間に設けられてもよい。即ち、ブレーキディスク６０は、第１旋回減速機２４−１の入力軸に設けられてもよい。

また、上述した実施形態において、ディスクブレーキは、高速段減速機１５０に組み込まれているが、低速段減速機２００に組み込まれてもよい。例えば、低速段減速機２００の入力軸と第３ギヤケース５４との間にディスクブレーキが設けられてもよい。即ち、ブレーキディスク６０は、第２旋回減速機２４−２の入力軸に設けられてもよい。

１ 下部走行体
１Ａ、１Ｂ 走行用油圧モータ
２ 旋回機構
３ 上部旋回体
４ ブーム
５ アーム
６ バケット
７ ブームシリンダ
８ アームシリンダ
９ バケットシリンダ
１０ キャビン
１１ エンジン
１２ 電動発電機
１３ 変速機
１４ メインポンプ
１５ パイロットポンプ
１６ 高圧油圧ライン
１７ コントロールバルブ
１８、２０ インバータ
２１ 旋回用電動機
２１ａ エンドプレート
２１ｂ 出力軸
２２ レゾルバ
２３ メカニカルブレーキ
２４ 旋回減速機
２４−１ 第１旋回減速機
２４−２ 第２旋回減速機
２４−３ 第３旋回減速機
２５ パイロットライン
２６ 操作装置
２６Ａ、２６Ｂ レバー
２６Ｃ ペダル
２７、２７ａ、２８ 油圧ライン
２９ 圧力センサ
３０ コントローラ
４０ 旋回駆動装置
４０Ａ 出力軸
４２ 太陽歯車
４４ 遊星歯車
４４ａ 保持ピン
４６ 遊星キャリア
４８ 内歯歯車
５０ 第１ギヤケース
５０ａ 貫通孔
５１ ベアリング
５２ 第２ギヤケース
５２ａ 貫通孔
５３ ボルト
５４ 第３ギヤケース
５６ ベアリング
５７ オイルシール
５８ アダプタリング
５８ａ ボルト穴
６０ ブレーキディスク
６２ ブレーキプレート
６４ ピストン
６６ スプリング
６８ 油圧空間
６９ ブレーキ解除ポート
８２ 太陽歯車
８４ 遊星歯車
８４ａ 保持ピン
８６ 遊星キャリア
８８ 内歯歯車
９０ スプリング押さえ部材
９１ シール部材
９２ ボルト
９３、９４、９５ シール部材
１０２ 太陽歯車
１０４ 遊星歯車
１０４ａ 保持ピン
１０６ 遊星キャリア
１０８ 内歯歯車
１１０ ベアリング
１２０ 蓄電系
１５０ 高速段減速機
２００ 低速段減速機
ＬＢ１、ＬＢ２ 潤滑油

Claims (5)

1. 旋回用電動機と、該旋回用電動機の回転駆動力を旋回体に伝達する旋回減速機と、前記旋回体を旋回停止状態に保持するブレーキ装置とを有する旋回駆動装置を搭載するショベルであって、
   潤滑油で潤滑される前記旋回減速機及び前記ブレーキ装置を収容する空間を構成するケースを備え、
   前記ブレーキ装置は、前記旋回減速機の入力軸、又は出力軸と共に一体で回転可能に設けられたブレーキディスクを含み、
   前記ケースの外側には、前記ブレーキディスクが設けられた軸方向位置において、周方向の少なくとも一部に凹部が設けられ、
   前記ケースの半径方向外端部には、前記ケースを固定するボルトであって、前記ブレーキディスクが設けられた軸方向位置を含む範囲で前記ケースを軸方向に貫通するボルトが設けられ、
   前記ボルトは、前記ケースの全周に亘って複数設けられ、
   前記凹部は、前記ケースの周方向位置のうち、前記ボルトが設けられない周方向位置だけに設けられることを特徴とする、
   ショベル。
2. 旋回用電動機と、該旋回用電動機の回転駆動力を旋回体に伝達する旋回減速機と、前記旋回体を旋回停止状態に保持するブレーキ装置とを有する旋回駆動装置を搭載するショベルであって、
   潤滑油で潤滑される前記旋回減速機及び前記ブレーキ装置を収容する空間を構成するケースを備え、
   前記ブレーキ装置は、前記旋回減速機の入力軸、又は出力軸と共に一体で回転可能に設けられたブレーキディスクを含み、
   前記ケースの外側には、前記ブレーキディスクが設けられた軸方向位置において、周方向の少なくとも一部に凹部が設けられ、
   前記凹部の深さは、軸方向位置に応じた前記ケースの内径が小さくなるほど深くなるように、変化することを特徴とする、
   ショベル。
3. 前記凹部の最も深い部分が形成されている軸方向範囲は、
   前記ブレーキディスクが設けられた軸方向範囲を含むことを特徴とする、
   請求項２に記載のショベル。
4. 入力された回転駆動力を減速して出力する減速機構部と、該減速機構部の出力軸を回転停止状態に保持するブレーキ装置とを有する減速機であって、
   潤滑油で潤滑される前記減速機構部及び前記ブレーキ装置を収容する空間を構成するケースを備え、
   前記ブレーキ装置は、前記減速機構部の入力軸、又は出力軸と共に一体で回転可能に設けられたブレーキディスクを含み、
   前記ケースの外側には、前記ブレーキディスクが設けられた軸方向位置において、周方向の少なくとも一部に凹部が設けられ、
   前記ケースの半径方向外端部には、前記ケースを固定するボルトであって、前記ブレーキディスクが設けられた軸方向位置を含む範囲で前記ケースを軸方向に貫通するボルトが設けられ、
   前記ボルトは、前記ケースの全周に亘って複数設けられ、
   前記凹部は、前記ケースの周方向位置のうち、前記ボルトが設けられない周方向位置だけに設けられることを特徴とする、
   減速機。
5. 入力された回転駆動力を減速して出力する減速機構部と、該減速機構部の出力軸を回転停止状態に保持するブレーキ装置とを有する減速機であって、
   潤滑油で潤滑される前記減速機構部及び前記ブレーキ装置を収容する空間を構成するケースを備え、
   前記ブレーキ装置は、前記減速機構部の入力軸、又は出力軸と共に一体で回転可能に設けられたブレーキディスクを含み、
   前記ケースの外側には、前記ブレーキディスクが設けられた軸方向位置において、周方向の少なくとも一部に凹部が設けられ、
   前記凹部の深さは、軸方向位置に応じた前記ケースの内径が小さくなるほど深くなるように、変化することを特徴とする、
   減速機。

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