以下、本発明の実施の形態による建設機械を、油圧ショベルに適用した場合を例に挙げ、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
図1において、建設機械の代表例としての油圧ショベル1は、自走可能なクローラ式の下部走行体2と、下部走行体2上に旋回輪3を介して旋回可能に搭載された上部旋回体4と、上部旋回体4に俯仰の動作が可能に設けられたフロント装置5とを含んで構成されている。この場合、下部走行体2と上部旋回体4とは、油圧ショベル1の車体を構成している。
作業装置とも呼ばれるフロント装置5は、土砂の掘削作業等を行う多関節構造の作業機であり、上部旋回体4の前側に俯仰の動作を可能に取付けられている。フロント装置5は、上部旋回体4の旋回フレーム6に回動可能に取付けられたブーム5Aと、ブーム5Aの先端部に回動可能に取付けられたアーム5Bと、アーム5Bの先端部に回動可能に取付けられたバケット5Cと、ブーム5Aを駆動するブームシリンダ5Dと、アーム5Bを駆動するアームシリンダ5Eと、バケット5Cを駆動するバケットシリンダ5Fとにより構成されている。これらシリンダ5D,5E,5Fは、油圧ポンプ16から吐出する圧油により駆動される油圧アクチュエータ(図示せず)を構成している。
旋回フレーム6は、上部旋回体4の支持構造体を形成する支持フレームであり、下部走行体2上に旋回可能に搭載されている。旋回フレーム6には、キャブ7と、カウンタウエイト8と、エンジン10、油圧ポンプ16、熱交換器18、コントロールバルブ(図示せず)等の各種機器とが搭載されている。これら各種機器は、上部旋回体4の外殻を形成する外装カバー9により覆われている。
旋回フレーム6は、前,後方向に延びる厚肉な鋼板等からなる底板6Aと、底板6A上に立設され、左,右方向に所定の間隔をもって前,後方向に延びる左縦板6B,右縦板6Cと、各縦板6B,6Cの左,右の外側に間隔をもって配置され、前,後方向に延びる左サイドフレーム6D,右サイドフレーム6Eと、底板6A、各縦板6B,6Cから左,右方向に張出し、その先端部に左,右のサイドフレーム6D,6Eを支持する複数本の張出しビーム6Fとを含んで構成されている。各縦板6B,6Cの前側には、フロント装置5のブーム5Aが俯仰の動作が可能に取付けられている。
図2に示すように、旋回フレーム6の後側には、左縦板6Bと右縦板6Cとの間に位置して上側に延びる取付台座6Gが前,後方向に間隔をもって設けられている。各取付台座6Gには、エンジン10が制振状態で取付けられている。
キャブ7は、旋回フレーム6の左前側に搭載されている。キャブ7の内部には、オペレータが着座する運転席、走行用の操作レバー、作業用の操作レバー等が配設されている。オペレータは、キャブ7に搭乗し、操作レバー、操作ペダル等を操作することにより、油圧ショベル1の走行、上部旋回体4の旋回、フロント装置5による掘削作業等を行うことができる。
カウンタウエイト8は、旋回フレーム6を構成する左,右の縦板6B,6Cの後端部に取付けられている。カウンタウエイト8は、フロント装置5との重量バランスをとる重量物であり、後端面が円弧状に形成されている。カウンタウエイト8は、旋回フレーム6の後端部から上方に立ち上がり、エンジン10、油圧ポンプ16、熱交換器18、コントロールバルブ等の各種機器を後側から覆っている。
外装カバー9は、キャブ7とカウンタウエイト8との間に位置して旋回フレーム6上に配設されている。外装カバー9は、上面カバー9Aと、エンジンカバー9Bと、左側面カバー9Cと、右側面カバー9Dとを含んで構成されている。外装カバー9は、エンジン10、油圧ポンプ16、熱交換器18、排気ガス処理装置19、コントロールバルブ等の搭載機器を収容している。
この場合、図2に示すように、外装カバー9内には、エンジン10、油圧ポンプ16、熱交換器18が上部旋回体4の幅方向(左,右方向)に直線上に並んで配置されている。熱交換器18は、エンジン10の冷却ファン12に対面しており、エンジン冷却水等を冷却する。排気ガス処理装置19は、エンジン10と油圧ポンプ16との間でこれらの上方に位置しており、エンジン10の排気マニホールドに接続される排気マフラ、触媒、フィルタ(いずれも図示せず)等を含んで構成されている。
駆動源(動力源、駆動機構)としてのエンジン10は、カウンタウエイト8の前側に位置して旋回フレーム6の後端側に設けられている。エンジン10は、油圧ショベル1の原動機であり、例えばディーゼルエンジンが用いられている。エンジン10は、出力軸となるクランク軸13が車体の左,右方向に延在する横置き状態で、上部旋回体4に搭載されている。エンジン10は、エンジン本体11と、エンジン本体11に設けられた複数(例えば6個)のシリンダ(図示せず)と、各シリンダ内を往復動する複数(例えば6個)のピストン(図示せず)と、各ピストンとコネクティングロッド(図示せず)を介して接続され各ピストンの往復動を回転力として出力するクランク軸13(以下、出力軸13という)とを含んで構成されている。
図2に示すように、エンジン本体11は、出力軸13を収容する中空容器として形成されたクランクケース11Aと、クランクケース11Aの下側に設けられエンジンオイルを収容するオイルパン11Bと、クランクケース11A上に搭載されシリンダが形成されたシリンダブロック11Cと、シリンダブロック11C上に搭載されたシリンダヘッド11Dとを含んで構成されている。
エンジン本体11の一端側(図2の左側)には、熱交換器18に冷却風を供給するための冷却ファン12が設けられている。エンジン本体11のシリンダブロック11Cおよびシリンダヘッド11Dには、エンジン冷却水が循環するウォータジャケット(図示せず)が形成されている。ウォータジャケットは、冷却水の熱を放出する熱交換器18に接続されている。
図3に示すように、エンジン10の出力軸13の他端側(図3の右端側)には、出力軸13と共に一方向に回転する円板状のフライホイール14が設けられている。フライホイール14には、複数(例えば、4個)の雌ねじ穴14Aと、凹部14Bとが設けられている。雌ねじ穴14Aは、フライホイール14の回転中心を中心とする円弧上の4箇所位置に、周方向に等間隔に離間してそれぞれ形成されている。これら各雌ねじ穴14Aには、弾性体軸継手20のエンジン側ブロック21をフライホイール14に取付けるための第1ボルト22が螺合される。
凹部14Bは、フライホイール14の一側面、即ち、エンジン10とは反対側(油圧ポンプ16側)の側面に設けられている。凹部14Bは、フライホイール14の一側面のうち油圧ポンプ16の回転軸35と軸方向に対向する位置に、この一側面からエンジン10側に向けて窪むように形成されている。後述するように、凹部14Bは、回転軸35の突出端部38およびこの突出端部38に螺合するナット39が収容される収容室を形成している(図6参照)。
図2および図3に示すように、エンジン本体11の他端側(図2の右側)には、短尺な円筒状のフライホイールハウジング15が設けられている。フライホイールハウジング15内には、フライホイール14と弾性体軸継手20とが収納されている。フライホイールハウジング15の開口端は、油圧ポンプ16のフランジ部16A1が取付けられるフランジ取付部15Aとなっている。フライホイール14および弾性体軸継手20は、フライホイールハウジング15と油圧ポンプ16のフランジ部16A1とによって覆われている。
被駆動機器(被動力機器、被駆動機構)としての油圧ポンプ16は、エンジン10によって回転駆動される。油圧ポンプ16は、フライホイールハウジング15を介してエンジン10に取付けられている。油圧ポンプ16は、エンジン10によって駆動されることにより、油圧ショベル1に搭載された各種の油圧アクチュエータに向けて作動用の圧油を吐出する。ここで、油圧ポンプ16は、例えば斜軸式油圧ポンプ、斜板式油圧ポンプにより構成されるポンプ機構(図示せず)と、ポンプ機構を収容するポンプケーシング16Aと、ポンプケーシング16Aの中央から突出して設けられポンプ機構に接続される後述の回転軸35とを含んで構成されている。
ポンプケーシング16Aは、ポンプ機構を収容している。ポンプケーシング16Aの基端側(図2ないし図3の左側)は、他の部分よりも全周に亙って拡径した環状鍔部となるフランジ部16A1となっている。フランジ部16A1は、ベルフランジとも呼ばれ、油圧ポンプ16をエンジン10に取付けるための取付板として形成されている。フランジ部16A1は、フライホイールハウジング15のフランジ取付部15Aに対して固定用ボルト17を用いて取付けられている。
次に、エンジン10の出力軸13と油圧ポンプ16の回転軸35とを連結する弾性体軸継手20について説明する。
弾性体軸継手20は、エンジン10の出力軸13(より具体的には、出力軸13に設けられたフライホイール14)と油圧ポンプ16の回転軸35との間に設けられている。弾性体軸継手20は、弾性体23の弾性変形により、エンジン10の出力軸13(フライホイール14)と油圧ポンプ16の回転軸35との間でトルク変動、中心軸線O1−O1,O2−O2のずれを吸収する。これにより、エンジン10から油圧ポンプ16に安定してトルクを伝達できる。
弾性体軸継手20は、フライホイールハウジング15の内部(弾性体軸継手室)に、フライホイール14と軸方向に隣合って配置(収容)されている。そして、弾性体軸継手20は、複数(例えば、4個)のエンジン側ブロック21(駆動源側ブロック)と、弾性体23と、複数(例えば、4個)のポンプ側ブロック24(被駆動機器側ブロック)と、ハブ32とにより構成されている。
4個のエンジン側ブロック21は、エンジン10の出力軸13側に設けられたフライホイール14に、周方向(回転方向)に間隔をもって取付けられている。各エンジン側ブロック21は、インサートとも呼ばれ、扇形状のブロック体からなり、軸方向に延びる第1ボルト挿通孔21Aを有している。各エンジン側ブロック21は、第1ボルト挿通孔21Aに挿通した第1ボルト22をフライホイール14の雌ねじ穴14Aにそれぞれ螺合することにより、フライホイール14の側面に一体的に取付けられている。
エンジン側ブロック21には、外径側に位置して周方向の両側に突出する第1鍔部21Bが設けられている。後述するように、第1鍔部21Bは、ポンプ側ブロック24の第2鍔部24Bと共に、弾性体23の径方向の変位を規制する。即ち、エンジン側ブロック21の第1鍔部21Bとポンプ側ブロック24の第2鍔部24Bとは、弾性体23の外周面と当接することにより、弾性体23が径方向外側に変位することを阻止する。
弾性体23は、例えば弾性を有する樹脂材料およびゴム材料を用いて厚肉な円筒状に形成され、ハブ32を取囲んで配置されている。弾性体23には、その外周面23Aから径方向内側に向けて窪むエンジン側ブロック係合溝部23Bとポンプ側ブロック係合溝部23Cとが周方向に交互に形成されている。エンジン側ブロック係合溝部23Bには、エンジン側ブロック21が嵌込まれ、ポンプ側ブロック係合溝部23Cには、ポンプ側ブロック24が嵌込まれる。
即ち、弾性体23は、中央付近にハブ32が収容されるハブ収容部23Dを有し、ハブ収容部23Dの周囲には、4個のエンジン側ブロック係合溝部23Bと4個のポンプ側ブロック係合溝部23Cとが周方向に間隔をもって交互に配置されている。この場合、各エンジン側ブロック係合溝部23Bと各ポンプ側ブロック係合溝部23Cとの間は、それぞれエンジン側ブロック21とポンプ側ブロック24とにより周方向に圧縮(挟持)される圧縮部23Eとなっている。
4個のポンプ側ブロック24は、ハブ32から径方向外側に突出した状態でハブ32の周方向に間隔をもって取付けられている。各ポンプ側ブロック24は、扇形状のブロック体からなり、径方向に延びる第2ボルト挿通孔24Aを有している。各ポンプ側ブロック24は、第2ボルト挿通孔24Aに挿通した第2ボルト25をハブ32のねじ穴32Bに螺合することにより、ハブ32の外周側32Aに一体的に取付けられている。ポンプ側ブロック24には、外径側に位置して周方向の両側に突出する第2鍔部24Bが設けられている。各第2鍔部24Bは、エンジン側ブロック21の第1鍔部21Bと同様に、弾性体23の径方向の変位を規制している。
次に、油圧ポンプ16の回転軸35と弾性体軸継手20のハブ32とを含んで構成されるスプライン接続装置31について説明する。
スプライン接続装置31は、エンジン10と油圧ポンプ16との間で回転力を伝達する動力伝達装置(連結装置)である。スプライン接続装置31は、弾性体軸継手20のハブ32と、油圧ポンプ16の回転軸35とを備えている。
弾性体軸継手20のハブ32は、弾性体23のハブ収容部23Dに収容されている。ハブ32は、駆動源としてのエンジン10により一方向に回転する。即ち、ハブ32は、エンジン10の出力軸13(フライホイール14)の回転に基づいて、この出力軸13(フライホイール14)と共に回転する。ハブ32は、厚肉な円筒状に形成されている。ハブ32は、エンジン10からの回転力により、油圧ポンプ16の回転軸35を回転駆動する駆動部材(駆動体)となり、エンジン10側に設けられている。図5に示すように、ハブ32の外周側32Aには、ポンプ側ブロック24を取付けるための第2ボルト25が螺合するねじ穴32Bが、周方向に離間した4箇所位置に設けられている。
ハブ32は、内周側32Cに雌スプライン部33を有している。即ち、ハブ32の内周側32Cには、周方向に離間して軸方向に延びる複数の雌スプライン歯34が形成されている。雌スプライン部33(雌スプライン歯34)は、回転軸35の雄スプライン部36(雄スプライン歯37)とスプライン結合している。図6および図7に示すように、雌スプライン部33(雌スプライン歯34)は、ハブ32の両側面32D,32Eの間、即ち、油圧ポンプ16側の側面となる入口側面32Dとエンジン10側の側面となる奥側面32Eとの間を、軸方向に延びて形成されている。雌スプライン部33の内径B、より具体的には小径B(図6)は、回転軸35の突出端部38の外径A(図6)よりも大きい。
ハブ32の雌スプライン部33を構成する雌スプライン歯34は、入口側端部34Aと、奥側端部34Bとを有している。入口側端部34Aは、雌スプライン歯34のうち、油圧ポンプ16側の端部、即ち、ハブ32に回転軸35を挿入するときに雌スプライン部33の入口側に位置する端部に対応する。奥側端部34Bは、雌スプライン歯34のうち、エンジン10側の端部、即ち、ハブ32に回転軸35を挿入するときに入口側端部34Aよりも奥側に位置する端部に対応する。雌スプライン歯34は、入口側端部34Aの歯厚T1(図8)よりも奥側端部34Bの歯厚T2(図8)が大きい。
ここで、雌スプライン歯34は、ハブ32(雌スプライン部33)の周方向に関して一方側(または他方側)に位置する雌側伝達歯面34Cと、ハブ32(雌スプライン部33)の周方向に関して他方側(または一方側)に位置する雌側非伝達歯面34Dとを有している。雌側伝達歯面34Cと雌側非伝達歯面34Dとは、ハブ32の径方向の内側で雌スプライン歯34の歯先面によって接続されている。
平行面となる雌側伝達歯面34Cは、ハブ32の中心軸線O1−O1(軸方向)に対して平行に延びている(軸方向に延びている)。雌側伝達歯面34Cは、回転軸35の雄スプライン歯37の雄側伝達歯面37Cと全体に亙って当接しており、ハブ32の回転力を回転軸35に伝達する。即ち、エンジン10の出力軸13の回転が、フライホイール14、エンジン側ブロック21、弾性体23およびポンプ側ブロック24を介してハブ32に伝達されると、このハブ32の回転が雌側伝達歯面34Cと雄側伝達歯面37Cとの当接に基づいて回転軸35に伝達される。
一方、傾斜面となる雌側非伝達歯面34Dは、雌側伝達歯面34Cに対して傾斜して延びている。この場合、入口側端部34Aと奥側端部34Bとの間で雌スプライン歯34と雄スプライン歯37とが当接する範囲を、スプライン当接範囲とする。雌側非伝達歯面34Dは、スプライン当接範囲の全体に亙って、入口側端部34Aから奥側端部34Bに向けて歯厚が大きくなるように雌側伝達歯面34Cに対して傾斜している。雌側非伝達歯面34Dは、雌スプライン部33と雄スプライン部36とをスプライン結合させた状態で、雄スプライン歯37の雄側非伝達歯面37Dとスプライン当接範囲の全体に亙って当接する。
油圧ポンプ16の回転軸35は、ハブ32と共にスプライン接続装置31を構成している。回転軸35は、外周側に雄スプライン部36を有している。即ち、回転軸35の外周側には、周方向に離間して軸方向に延びる複数の雄スプライン歯37が形成されている。この場合、回転軸35は、油圧ポンプ16側となる基端側からエンジン10側となる先端側に向けて、外径寸法の大きい大径部35Aと、大径部35Aよりも径寸法が小さくなった小径部35Bと、雄スプライン部36と、突出端部38とを有している。
雄スプライン部36(雄スプライン歯37)は、ハブ32の雌スプライン部33(雌スプライン歯34)とスプライン結合される。これにより、油圧ポンプ16の回転軸35は、エンジン10から動力が伝達されることにより、ハブ32の回転に基づいて回転する。回転軸35は、油圧ポンプ16のポンプ機構に接続されており、ポンプケーシング16Aの中央から突出している。即ち、回転軸35は、エンジン10からの回転力により弾性体軸継手20のハブ32を介して回転駆動される被駆動部材(被駆動軸、被駆動体)となっている。
回転軸35の雄スプライン部36を構成する雄スプライン歯37は、先端側端部37Aと、基端側端部37Bとを有している。先端側端部37Aは、雄スプライン歯37のうち、エンジン10側の端部、即ち、ハブ32に回転軸35を挿入するときに雄スプライン部36の挿入先端側に位置する端部に対応する。基端側端部37Bは、雄スプライン歯37のうち、油圧ポンプ16側の端部、即ち、ハブ32に回転軸35を挿入するときに先端側端部37Aよりも基端側に位置する端部に対応する。雄スプライン歯37は、先端側端部37Aの歯厚T3(図8)よりも基端側端部37Bの歯厚T4(図8)が大きい。
ここで、雄スプライン歯37は、回転軸35(雄スプライン部36)の周方向に関して一方側(または他方側)に位置する雄側伝達歯面37Cと、回転軸35(雄スプライン部36)の周方向に関して他方側(または一方側)に位置する雄側非伝達歯面37Dとを有している。雄側伝達歯面37Cと雄側非伝達歯面37Dとは、回転軸35の径方向の外側で雄スプライン歯37の歯先面によって接続されている。
平行面となる雄側伝達歯面37Cは、回転軸35の中心軸線O2−O2(軸方向)に対して平行に延びている(軸方向に延びている)。雄側伝達歯面37Cは、ハブ32の雌スプライン歯34の雌側伝達歯面34Cと全体に亙って当接しており、これら雌側伝達歯面34Cと雄側伝達歯面37Cとの当接に基づいて回転力が伝達される。
一方、傾斜面となる雄側非伝達歯面37Dは、雄側伝達歯面37Cに対して傾斜して延びている。この場合、先端側端部37Aと基端側端部37Bとの間で雄スプライン歯37と雌スプライン歯34とが当接する範囲をスプライン当接範囲とする。雄側非伝達歯面37Dは、スプライン当接範囲の全体に亙って、先端側端部37Aから基端側端部37Bに向けて歯厚が大きくなるように雄側伝達歯面37Cに対して傾斜している。雄側非伝達歯面37Dは、雌スプライン部33と雄スプライン部36とをスプライン結合させた状態で、雌スプライン歯34の雌側非伝達歯面34Dとスプライン当接範囲の全体に亙って当接する。
次に、雌側非伝達歯面34Dおよび雄側非伝達歯面37Dの傾斜角度α,β(図7)について説明する。実施の形態では、図7に示すように、雌側伝達歯面34Cに対する雌側非伝達歯面34Dの傾斜角度αは、0.3°以上5°以下、より好ましくは0.3°以上2°以下に設定している。雄側伝達歯面37Cに対する雄側非伝達歯面37Dの傾斜角度βも、0.3°以上5°以下、より好ましくは0.3°以上2°以下に設定している。即ち、傾斜角度α,βの値は、以下の数1式および数2式に示す範囲に設定している。なお、図6ないし図11では、傾斜していることを理解し易くするために、傾斜角度α,βを誇張して示している。
このように傾斜角度α,βを規制することにより、図8および図9に示すように、ハブ32に回転軸35を挿入するとき(挿入を開始するとき)に、周方向に隣合う雌スプライン歯34と雄スプライン歯37との周方向のクリアランス(隙間)を大きくできる。また、取外すときも、傾斜に基づいて歯面間を離間し易くできる。このため、ハブ32と回転軸35との取付作業性(挿入容易性)、取外作業性(取外容易性)を向上できる。
なお、傾斜角度α,βが0.3°よりも小さい場合は、クリアランスを確保し難くなり、取付作業性、取外作業性が低下する可能性がある。一方、傾斜角度α,βが2°(または5°)よりも大きい場合は、雄側非伝達歯面37Dが隣の雄スプライン歯37の雄側伝達歯面37Cと干渉する(重なる、接触する)可能性がある。また、雌側非伝達歯面34Dが隣の雌スプライン歯34の雌側伝達歯面34Cと干渉する可能性がある。さらに、干渉しないようにした場合に、各スプライン歯34,37の最小歯厚部分(雌スプライン部33の入口側端部34Aおよび雄スプライン部36の先端側端部37A)の強度を確保できなくなる可能性がある。そこで、実施の形態では、傾斜角度α,βの値を、数1式および数2式に示す範囲に設定している。
また、実施の形態では、図8ないし図11に示すように、雌側伝達歯面34Cに対する雌側非伝達歯面34Dの傾斜角度αは、雄側伝達歯面37Cに対する雄側非伝達歯面37Dの傾斜角度βと同じに設定している(α=β)。また、雌スプライン歯34の最小歯厚Taは、雄スプライン歯37の最小歯厚Tbと同じに設定している(Ta=Tb)。そして、ハブ32に回転軸35を挿入し、かつ、雄スプライン部36の先端側の端面36Aとハブ32の奥側の奥側面32Eとを同一平面上に配置したときに、雌スプライン歯34と雄スプライン歯37とのクリアランスが0になるように設定している。これにより、各スプライン部33,36の軸方向の全体に亙って(歯面を余すことなく)、「雄側伝達歯面37Cと雌側伝達歯面34C」および「雄側非伝達歯面37Dと雌側非伝達歯面34D」を当接(接触)させることができ、スプライン部33,36の面圧を低減できる。
突出端部38は、回転軸35の先端側(図6の最左端側)に位置して雄スプライン部36よりもエンジン10側(フライホイール14側)に配置されている。即ち、回転軸35の先端側には、ハブ32の奥側の奥側面32Eよりもエンジン10側(フライホイール14側)に突出する突出端部38が設けられている。突出端部38の外周側には、ハブ32の抜け止め用のナット39が螺合する雄ねじ部38Aが設けられている。突出端部38の外径Aは、雌スプライン部33の内径Bよりも小さくなっている(図6参照)。ナット39は、突出端部38の雄ねじ部38Aに螺着される。
ナット39は、ハブ32が回転軸35に対して軸方向にがたつく(抜け出る)のを阻止する。実施の形態では、ナット39を締め付けた状態(ナット39がハブ32の奥側面32Eと当接した状態)で、雄側伝達歯面37Cと雌側伝達歯面34Cとが当接し、かつ、雄側非伝達歯面37Dと雌側非伝達歯面34Dとが当接する。この場合、当接面に予圧が付与されるようにしてもよい。
次に、ハブ32と回転軸35との取付、取外作業について、図8ないし図11を参照しつつ説明する。
取付作業については、まず、図8に示すように、挿入先端側となる突出端部38に雄ねじ部38Aが設けられた回転軸35に対して、ハブ32を対面させる。このとき、ハブ32は、ハブ32の雌スプライン歯34の歯厚が小さくなる側(入口側端部34A側)を回転軸35側に配置する。
この状態から、ハブ32を回転軸35に近付けると、図9に示すように、各雌スプライン歯34と各雄スプライン歯37とが当接して噛合し始める。図9は、ハブ32の雌スプライン部33(雌スプライン歯34)と回転軸35の雄スプライン部36(雄スプライン歯37)との噛合(スプライン結合)し始めの状態を示している。この場合、雌スプライン歯34の入口側端部34Aの歯厚T1と雄スプライン歯37の先端側端部37Aの歯厚T3は小さい。このため、回転軸35とハブ32との挿入開始(噛合し始め)の作業、即ち、雄スプライン歯37の間に雌スプライン歯34を位置合わせしつつ挿入を開始する作業を容易に行うことができる。
図9に示す状態からさらに回転軸35とハブ32との挿入を進めると、各スプライン部33,36の非伝達歯面34D,37Dが傾斜を持っていることにより、雌スプライン歯34と雄スプライン歯37との間のクリアランスが徐々に減少する。そして、傾斜に対応した軸方向位置まで挿入されると、図10に示すように、各伝達歯面34C,37C(各非伝達歯面34D,37D)同士がそれぞれ当接(接触)し、挿入が終了する。この場合、前述したように、雌スプライン歯34および雄スプライン歯37は、傾斜角度αと傾斜角度βとが同じであり、最小歯厚Taと最小歯厚Tbとが同じである。また、雌スプライン歯34および雄スプライン歯37は、雄スプライン部36の先端側の端面36Aがハブ32の奥側の奥側面32Eと同一平面上となったときに、クリアランスが0になるように、歯厚を設定している。このため、この状態で、即ち、図10に示す状態で、雌側伝達歯面34Cと雄側伝達歯面37Cとが全面に亙って当接し、雌側非伝達歯面34Dと雄側非伝達歯面37Dとが全面に亙って当接する。
次いで、図11に示すように、ハブ32の奥側面32Eから突出した回転軸35の突出端部38にナット39を螺合させる。この場合、ナット39は、ハブ32の奥側面32Eと当接する平面を有している。このため、ナット39の締め付けにより、ハブ32を軸方向に抑え付けることができる。これにより、ハブ32の抜け止め、および、バックラッシを低減できる。
一方、取外作業については、まず、ナット39を緩め、ナット39を回転軸35(突出端部38)から取外す。次いで、引き抜き装置となるプーラを回転軸35とハブ32とに取付ける。プーラによりハブ32と回転軸35との間に加わる力(引き抜き力)がスプライン嵌合面(各伝達歯面34C,37C同士および各非伝達歯面34D,37D同士)の摩擦力を上回ると、ハブ32が回転軸35に対して動き始める。この場合、摩擦力に基づく歯面の固着(凝着)がなくなると、雄スプライン歯37と雌スプライン歯34との間のクリアランスは引き抜く方向へ徐々に大きくなる。このため、動き始めると、以降、プーラを用いなくても容易にハブ32を取外すことができる。
実施の形態による油圧ショベル1は、上述の如き構成を有するもので、次にその作動について説明する。
油圧ショベル1を操縦するオペレータは、上部旋回体4のキャブ7に搭乗し、エンジン10を始動して油圧ポンプ16を駆動する。これにより、油圧ポンプ16から圧油が吐出され、この圧油はコントロールバルブを介して、ブームシリンダ5D、アームシリンダ5Eおよびバケットシリンダ5F等の油圧アクチュエータに供給される。
キャブ7に搭乗したオペレータが走行用の操作レバーを操作したときには、下部走行体2により車両を前進または後退させることができる。一方、オペレータが作業用の操作レバーを操作することにより、フロント装置5を俯仰の動作をさせて土砂の掘削作業等を行うことができる。油圧ショベル1の稼働時にエンジン10の出力軸13から出力されたトルクは、弾性体軸継手20を介して油圧ポンプ16の回転軸35に伝達される。このとき、エンジン10の回転は、弾性体軸継手20のハブ32と油圧ポンプ16の回転軸35とのスプライン結合部を介して油圧ポンプ16に伝達される。
ここで、油圧ショベル1の製造時には、ハブ32と回転軸35との取付作業が行われる。また、油圧ショベル1のメンテナンス時には、必要に応じて、ハブ32と回転軸35との取付、取外作業が行われる。一方、油圧ショベル1は、エンジン10と油圧ポンプ16との間の余裕空間が小さいため、ハブ32と回転軸35とのスプライン結合部の軸方向長さを確保し難い。このため、スプライン結合部で凝着が誘発される傾向となり、回転軸35とハブ32との取外に大きな力が必要になる可能性がある。また、安定したトルク伝達を行うためには、バックラッシを低減すべく、スプライン結合した状態での歯面間のクリアランス(隙間)を小さくすることが好ましい。しかし、単にクリアランスを小さくするだけでは、スプライン結合させるときに高精度の位相合わせおよび軸心合わせが必要になり、この作業に多大な労力と時間を要する可能性がある。
これに対して、実施の形態では、雌スプライン歯34は入口側端部34Aの歯厚T1が小さく、雄スプライン歯37は先端側端部37Aの歯厚T3が小さい。このため、図8および図9に示すように、雌スプライン部33に雄スプライン部36を挿入するときに、雄スプライン歯37の先端側端部37Aと雌スプライン歯34の入口側端部34Aは、互いに周方向に対向する各伝達歯面34C,37C(各非伝達歯面34D,37D)間の隙間(クリアランス)が大きくなる。これにより、ハブ32と回転軸35とを取付ける(スプライン結合させる)ときに、各スプライン歯34,37の位相合せの手間を低減することができ、取付の作業性を向上することができる。換言すれば、雌スプライン歯34の入口側端部34Aの歯厚T1は、嵌合先のとなる雄スプライン歯37の間(歯と歯の隙間)よりも小さいため、一般的なスプライン(平行スプライン)と比較して容易に嵌合させることができる。また、このとき、図9に示すように、雌スプライン歯34の雌側伝達歯面34Cと雄スプライン歯37の雄側伝達歯面37Cとを当接させ、伝達歯面34C,37Cを挿入時の案内面として用いることができる。
また、雌スプライン歯34は軸方向に対して傾斜した雌側非伝達歯面34Dを有しており、雄スプライン歯37も軸方向に対して傾斜した雄側非伝達歯面37Dを有している。このため、雌スプライン部33から雄スプライン部36を抜出すときに、ハブ32と回転軸35とが軸方向に相対移動し始めれば(ハブ32が回転軸35に対して動き出せば)、周方向に対向する各非伝達歯面34D,37D(各伝達歯面34C,37C)間の隙間(クリアランス)が軸方向全体に亙って広がる。これにより、ハブ32と回転軸35とを取外すときに、各非伝達歯面34D,37D(各伝達歯面34C,37C)の引摺り(擦れ)による抵抗を低減することができ、取外の作業性を向上することができる。
さらに、雌スプライン歯34は、ハブ32の軸方向に延びる雌側伝達歯面34Cを有しており、雄スプライン歯37も、回転軸35の軸方向に延びる雄側伝達歯面37Cを有している。即ち、互いに当接して回転力を伝達する雌側伝達歯面34Cおよび雄側伝達歯面37Cは、軸方向(中心軸線O1−O1,O2−O2に対して平行)に延びている。このため、例えば、雌側伝達歯面および雄側伝達歯面を軸方向(中心軸線)に対して傾斜させた構成と比較して、雌側伝達歯面34Cと雄側伝達歯面37Cとの当接面(接触面)に軸方向の荷重(アキシアル荷重)が発生することを抑制できる。これにより、回転軸35に軸方向の荷重が加わることを抑制することができ、例えば、回転軸35を回転可能に支持する転がり軸受(図示せず)の寿命の低下を抑制することができる。
この結果、上部旋回体4の後方位置でエンジン10と油圧ポンプ16との間の狭所(レイアウトが制限される狭い空間)に配置されるスプライン接続装置31のハブ32と回転軸35との取付、取外の作業性を向上できる。
実施の形態によれば、雌側非伝達歯面34Dの傾斜角度αを0.3°以上2°以下とし、雄側非伝達歯面37Dの傾斜角度βを0.3°以上2°以下としている。このため、特に、スプライン部33,36の軸方向寸法が制限される(エンジン10と油圧ポンプ16との間の余裕空間が限られる)油圧ショベル1において、ハブ32と回転軸35との取付、取外作業性の向上と、各スプライン歯34,37の先端側の強度の確保とを両立することができる。即ち、傾斜角度α,βを0.3°以上に設定しているため、クリアランスを確保することができる。これにより、ハブ32と回転軸35との取付作業性(挿入容易性)、取外作業性(取外容易性)を向上させることができる。また、傾斜角度α,βの値を2°以下に設定しているため、雄側非伝達歯面37Dが隣の雄スプライン歯37の雄側伝達歯面37Cと干渉する(重なる)ことを回避できる。さらに、各スプライン歯34,37の最小歯厚部分(雌スプライン部33の入口側端部34Aおよび雄スプライン部36の先端側端部37A)の強度を確保できる。
実施の形態によれば、傾斜角度αは、傾斜角度βと同じであり、雌スプライン歯34の最小歯厚Taは、雄スプライン歯37の最小歯厚Tbと同じである。さらに、ハブ32に回転軸35を挿入し、かつ、雄スプライン部36の先端側の端面36Aとハブ32の奥側の奥側面32Eとを同一平面上に配置したときに、雌スプライン歯34と雄スプライン歯37とのクリアランスが0になる。即ち、雄スプライン部36の先端側の端面36Aとハブ32の奥側の奥側面32Eとを同一平面上に配置したときに、雌側非伝達歯面34Dと雄側非伝達歯面37Dとが全面に亙って当接し、雌側伝達歯面34Cと雄側伝達歯面37Cとが全面に亙って当接する。これにより、各スプライン部33,36の軸方向のずれを抑制できる。また、各スプライン部33,36の軸方向の全体に亙って、「雄側伝達歯面37Cと雌側伝達歯面34C」および「雄側非伝達歯面37Dと雌側非伝達歯面34D」を当接(接触)させることができ、スプライン部33,36の面圧を低減できる。
実施の形態によれば、回転軸35の突出端部38に雄ねじ部38Aを設け、この雄ねじ部38Aにナット39を螺合させている。このため、ナット39の締め付けにより、ハブ32を軸方向に抑え付けることができ、ハブ32の抜け止め、および、バックラッシを低減できる。
なお、実施の形態では、弾性体軸継手20のエンジン側ブロック21の数とポンプ側ブロック24の数とをそれぞれ4個とした場合を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、例えば、エンジン側ブロックの数とポンプ側ブロックとの数をそれぞれ3個、または、5個等、4個以外の複数としてもよいし、エンジン側ブロックとポンプ側ブロックとで数を異ならせてもよい。
実施の形態では、油圧ポンプ16を1機のポンプ機構(図示せず)により構成した場合を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、例えば、油圧ポンプを、複数のポンプ機構により構成してもよい。この場合、複数のポンプ機構は、軸方向に直列に配置してもよいし、並列に配置してもよい。
実施の形態では、フライホイール14の側面に凹部14Bを設け、この凹部14B内に回転軸35の先端側(突出端部38)を挿入する構成とした場合を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、例えば、凹部を省略し、フライホイールの側面に回転軸の先端側(突出端部)を当接、または、近接対向(隙間を持って対向)させてもよい。
実施の形態では、回転軸35の突出端部38にハブ32の抜け止め用のナット39を螺合する構成とした場合を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、例えば、突出端部およびナットを省略し、フライホイールの側面とハブの奥側面との当接により、ハブを位置決めする構成としてもよい。
実施の形態では、雌スプライン部33(雌スプライン歯34)と雄スプライン部36(雄スプライン歯37)とが同じ軸方向長さを有する構成とした場合を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、例えば、雌スプライン部(雌スプライン歯)と雄スプライン部(雄スプライン歯)とで軸方向長さを異ならせてもよい。
実施の形態では、雌スプライン歯34の最小歯厚Taと雄スプライン歯37の最小歯厚Tbとが同じ構成の場合を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、例えば、雌スプライン部と雄スプライン部とで最小歯厚を異ならせてもよい。雌スプライン歯の最大歯厚と雄スプライン歯の最大歯厚についても同様である。
実施の形態では、ハブ32に回転軸35を挿入し、かつ、雄スプライン部36の先端側の端面36Aとハブ32の奥側の奥側面32Eとを同一平面上に配置したときに、雌スプライン歯34と雄スプライン歯37とのクリアランスが0になる構成とした場合を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、例えば、ハブに回転軸を挿入したときに、雄スプライン部の先端側の端面がハブの奥側の奥側面に達する前に、歯面間のクリアランスが0になる構成としてもよい。
実施の形態では、雌側非伝達歯面34Dを軸方向の全体に亙って同一傾斜角度で延びる傾斜面とし、雄側非伝達歯面37Dを軸方向の全体に亙って同一傾斜角度で延びる傾斜面とした場合を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、例えば傾斜面の途中で角度を変えた構成としてもよい。また、非伝達歯面を、回転軸の軸方向に平行に延びた平行面と、この平行面に対して傾斜した傾斜面とを有する構成としてもよい。これら構成の場合、非伝達歯面は、雌スプライン部の入口側端部から奥側端部に向けて歯厚が大きくなるように、伝達歯面に対して傾斜していればよい。
実施の形態では、各伝達歯面34C,37Cに対する各非伝達歯面34D,37Dの傾斜角度α,βをそれぞれ0.3°以上2°以下に設定した場合を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、傾斜角度α,βは、スプライン部の軸方向寸法および歯厚等に応じて、例えば、0.3°以上5°以下、0.5°以上7°以下等、その設定範囲を変更することができる。この場合、傾斜角度α,βは、例えば、取付容易性、取外容易性、隣合うスプライン歯の干渉(重なり)の回避、スプライン歯の最小歯厚部分の強度の確保等の観点から必要な性能が得られるように設定することができる。
実施の形態では、油圧ショベル1の原動機(駆動源、動力源)としてエンジン10を用いる構成とした場合を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、例えば原動機として電動モータ、発電モータ(アシスト発電モータ)等の電動機を用いてもよい。また、エンジンと電動機とを組み合わせたハイブリッド式の原動機を用いてもよい。
実施の形態では、スプライン接続装置31をクローラ式の油圧ショベル1に適用する場合を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、例えば、ホイール式の油圧ショベル、油圧クレーン等、各種の建設機械に適用してもよい。