JP7172781B2 - 建設機械のスイベルジョイント - Google Patents

Description

本発明は、油圧ショベル等の建設機械の旋回中心に設けられるスイベルジョイントに関する。

従来、建設機械の分野において、下部走行体と上部旋回体とを連結する旋回部分に設けられるスイベルジョイントに関する技術が提案されている。

例えば、特許文献１では、旋回ベアリング（２５）の中心部において、上部配管（５１）と下部配管（５２）とを中継して接続するスイベルジョイント（４０）が開示されている（特許文献１の図１参照）。

詳細には、スイベルジョイント（４０）は、下部走行体（２０）のロアフレーム（２３）に固定された円筒状のボディ（４１）と、上部旋回体（３０）のアッパーフレーム（３１）に固定され且つボディ（４１）に回転自在に嵌合された円柱状のステム（４５）とを有している（特許文献１の図３参照）。また、ステム（４５）の上端面の中央部には、軸方向に貫通するドレン孔（４９）が形成されている。

また、別の技術として、特許文献２では、上部旋回体（３）の旋回角度を検出するための回転角度センサ（１１ａ）とロッド（１１ｂ）とを備えるスイベルジョイント（７）が開示されている（特許文献２の図２参照）。

詳細には、パイロット油路（８）の軸方向油路（８ｂ）に、上部旋回体（３）の旋回角度を検出するためのロッド（１１ｂ）が挿通されている。また、ロッド（１１ｂ）の上端は、内側ボディ（７２）に取り付けられた回転角度センサ（１１ａ）に隙間を空けて対向している。

特開２０１６－３５１９号公報 特開２０１７－８２４９４号公報

上記特許文献１，２によれば、ステムの旋回中心に形成される油路やドレン孔を利用して上部旋回体の旋回角度を検出するセンサユニット（回転角度センサ及びロッド）を設けることが想起される。

しかしながら、ステムの旋回中心に形成される油路やドレン孔にロッドを挿通する構成においては、ロッド交換時等におけるロッドの挿脱作業に伴って油路やドレン孔から作動油が油漏れする可能性があり、メンテナンス性の点において課題がある。

そこで、本発明は、上部旋回体の旋回角度を検出するセンサユニットを備える建設機械のスイベルジョイントに関し、高いメンテナンス性を有する技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、下部走行体と上部旋回体とを連結する旋回部分に設けられる建設機械のスイベルジョイントであって、前記下部走行体に固定される円筒状のボディと、前記上部旋回体に固定され且つ前記ボディの円筒内側において回転自在に嵌合される円柱状のステムと、前記ボディの下側において前記ボディに対して固定され、前記ステムの中心軸に重なる位置に取付孔が形成されたドーナツ状の第１蓋と、前記取付孔を介して前記第１蓋に対して脱着可能な第２蓋と、前記上部旋回体の旋回角度を検出するためのセンサユニットと、を備え、前記センサユニットは、前記ステムの上端側に固定される回転角度センサと、前記回転角度センサによって検知可能なマグネットを先端に備え前記第２蓋に基端側が締結される棒状のロッドとを有し、前記ステムには、前記ステムの中心軸において軸方向に延びて前記ロッドが挿入されるロッド用孔と、前記中心軸からずれた位置において前記軸方向に延びてドレン油が通るドレン孔とが形成され、前記第１蓋には、前記ステムの前記ドレン孔に連通するドレン油路が形成され、前記ステムと前記第１蓋との接触部分には、前記ドレン油の油漏れを防止するシール部材が設けられ、前記第２蓋が前記第１蓋に装着されると、前記ロッドは油を通さない前記ロッド用孔に挿入され、前記ロッド先端の前記マグネットが前記センサに近接するように構成されていることを特徴とする建設機械のスイベルジョイントを提供している。

ここで、前記第２蓋と前記ロッドとの締結部分は、ねじ構造で構成されているのが好ましい。

また、前記ロッドの先端側には、前記ロッドの芯ブレを抑制するためのカラーが設けられ、前記第２蓋が装着される前記取付孔の径は、前記カラーの径よりも大きいのが好ましい。

また、前記カラーは、非磁性体の樹脂素材であるのが好ましい。

更に、前記マグネットは、前記ロッドの先端に形成されたザグリに対して接着剤により直接取り付けられ、前記ザグリは、前記マグネットの磁界密度に影響しない大きさで形成されているのが好ましい。

また、本発明は、下部走行体と上部旋回体とを連結する旋回部分に設けられる建設機械のスイベルジョイントであって、前記下部走行体に固定される円筒状のボディと、前記上部旋回体に固定され且つ前記ボディの円筒内側において回転自在に嵌合される円柱状のステムと、前記ボディの下側において前記ボディに対して固定され、前記ステムの中心軸に重なる位置に取付孔が形成されたドーナツ状の蓋と、前記上部旋回体の旋回角度を検出するためのセンサユニットと、を備え、前記センサユニットは、前記ステムの上端側に固定される回転角度センサと、前記回転角度センサによって検知可能なマグネットを先端に備え前記取付孔を介して前記蓋に対して脱着可能な棒状のロッドとを有し、前記ステムには、前記ステムの中心軸において軸方向に延びて前記ロッドが挿入されるロッド用孔と、前記中心軸からずれた位置において前記軸方向に延びてドレン油が通るドレン孔とが形成され、前記蓋には、前記ステムの前記ドレン孔に連通するドレン油路が形成され、前記ステムと前記蓋との接触部分には、前記ドレン油の油漏れを防止するシール部材が設けられ、前記ロッドが前記蓋に装着されると、前記ロッドは油を通さない前記ロッド用孔に挿入され、前記ロッド先端の前記マグネットが前記センサに近接するように構成されていることを特徴とする建設機械のスイベルジョイントを更に提供している。

本発明によれば、油を通さないロッド用孔にロッドが挿入されるため、ロッドを挿脱してもロッド用孔からの油漏れの可能性はない。また、ドレン孔がロッド用孔とは別に形成され、ボディに固定された第１蓋のドレン油路に連通しているため、第１蓋から第２蓋を取り外してもドレン孔は閉塞されたままである。よって、ドレン孔からの油漏れの可能性もない。したがって、本発明に係る建設機械のスイベルジョイントは、ロッドを容易に交換することが可能であり、高いメンテナンス性を有する。

本発明の実施形態に係る油圧ショベルを示す側面図。 スイベルジョイントの外観を示す図。 図２のＩＩＩ矢視図。 図２のＩＶ矢視図。 図２のＶ－Ｖ位置で切った断面図。 図２のＶＩ－ＶＩ位置で切った断面図。 スイベルジョイントからロッドを取り外した状態を示す図。 図４のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ位置で切った断面図。 図４のＩＸ－ＩＸ位置で切った断面図。 変形例に係るスイベルジョイントを示す図。

＜１．実施形態＞
本発明の実施形態に係る建設機械のスイベルジョイントについて、図１から図９を参照しながら説明する。以下では、建設機械の一例として油圧ショベル１（図１参照）を例示し、スイベルジョイントの一例としてスイベルジョイント４（図２参照）を例示する。

図１に示されるように、油圧ショベル１は、下部走行体２と、下部走行体２上に旋回自在に搭載された上部旋回体３とを備えている。下部走行体２には、油圧式の走行モータ２１によって回転駆動する左右一対のクローラ２２が設置されている。

上部旋回体３の土台は、旋回ベアリング２５を介して下部走行体２に支持されたアッパーフレーム３１によって構成される。アッパーフレーム３１は、旋回軸ＡＸを中心に旋回自在に構成される。

アッパーフレーム３１には、図示しないエンジンや油圧機器（例えば、コントロールバルブ３６や油圧ポンプ）等を収容する機械室３７Ａを覆うように、機械室カバー３７が設けられている。

旋回ベアリング２５の中心部には、スイベルジョイント４が設置されている。スイベルジョイント４は、中心が旋回軸ＡＸと一致するようにロアフレーム２３の中央部に立設された縦長な略円柱形状の部材である。スイベルジョイント４は、上部旋回体３のコントロールバルブ３６に繋がる上部配管５１と、下部走行体２の走行モータ２１に繋がる下部配管５２とを中継して接続する。

図２に示されるように、スイベルジョイント４は、ボディ４１と、ボディ４１に回転自在に嵌合されたステム４３とを有する。

図２及び図４に示されるように、ボディ４１は、下部走行体２のロアフレーム２３に固定される円筒状の部材であり、下部スイベル等とも称される。

図２、図４及び図５に示されるように、ステム４３は、上部旋回体３のアッパーフレーム３１に固定される円柱状の部材であり、上部スイベル等とも称される。

図６に示されるように、ステム４３の下端には、スラストプレート４３２が設けられている。スラストプレート４３２は、ステム４３がボディ４１から旋回軸方向へ抜けるのを防止するための部材である。

図３及び図８に示されるように、ボディ４１の下側には、蓋４５がボルトで固定されている。図６に示されるように、蓋４５には、ステム４３の中心軸と重なる位置において蓋４７（後述）を取り付けるための取付孔４５Ｈが形成されている。つまり、蓋４５はドーナツ形状で構成されている。蓋４５は、本発明に係る第１蓋の一例である。

図３及び図６に示されるように、蓋４５には、取付孔４５Ｈを介して蓋４７が装着されている。詳細には、蓋４５の取付孔４５Ｈに雌ねじが形成されると共に蓋４７の締結部４７Ｓ（図７参照）に雄ねじが形成され、蓋４７が蓋４５の取付孔４５Ｈに対してねじ締結されている。

なお、上述したように蓋４５はボディ４１に固定されているため、蓋４５から蓋４７が取り外されたとしても（図７参照）、蓋４５はボディ４１に装着されたままの状態を維持する。

また、図６に示されるように、スイベルジョイント４には、上部旋回体の旋回角度を検出するためのセンサユニット５が設けられている。センサユニット５は、回転角度センサ５１と、ロッド５３とを備えて構成される。

回転角度センサ５１は、ステム４３の上端側に固定されており、上部旋回体３の旋回に追従してステム４３と共に回転する。

ロッド５３は、回転角度センサ５１によって検知可能なマグネット５５を先端に備える棒状の部材である。

ロッド５３の先端には、マグネット５５を嵌め込むことが可能なザグリ（図示せず）が形成されている。ザグリは、マグネット５５の磁界密度に影響を与えない程度の大きさ（ここでは、０．５ｍｍ（ミリメートル）以下）で構成される。

マグネット５５は、ロッド５３の先端に形成されたザグリに接着剤を介して直接取り付けられている。なお、ロッド５３の基端側は、ねじ構造によって蓋４７に対して直接締結されている。

蓋４７は蓋４５に締結されており、蓋４５はボディ４１に固定されている。また、ボディ４１は、下部走行体２に固定されている。よって、蓋４７に締結されるロッド５３及びロッド５３の先端に設けられるマグネット５５は、回転角度センサ５１とは異なり、上部旋回体３の旋回に追従しない。

上部旋回体の旋回角度を正確に検出するためには、回転角度センサ５１とマグネット５５とは同心に配置するのが好ましい。そこで、本実施形態では、ロッド５３の先端側にカラー５７が設けられている。カラー５７は、ロッド５３の芯ブレを抑制するための部材であり、非磁性体の樹脂素材で構成されている。

図７に示されるように、蓋４７が装着される取付孔４５Ｈの径は、カラー５７の径よりも大きく構成されている。これは、カラー５７を含むロッド５３をロッド用孔４３１に挿脱可能にするためである。

図５に示されるように、ステム４３には、ステム４３の中心軸において軸方向に延びるロッド用孔４３１と、中心軸からずれた位置において軸方向に延びるドレン孔４３３と、中心軸からずれた位置において軸方向に延びる４つの縦孔４３５が形成されている。

図７に示されるように、ロッド用孔４３１は、ロッド５３を挿脱するための専用孔であり、油を通さない孔である。図６に示されるように、蓋４７が蓋４５に装着されると、蓋４７に締結されたロッド５３がロッド用孔４３１に挿入される。これに伴い、ロッド５３先端のマグネット５５が回転角度センサ５１に近接する。

図８に示されるように、ドレン孔４３３は、ドレン油を通すための孔であり、蓋４５に形成されるドレン油路４５１（図９のハッチング領域）に連通している。

図９に示されるように、ドレン油路４５１は、ステム４３の外周に設けられるドーナツ状の油室４５１Ａと、油室４５１Ａと蓋４５の側面とを接続するＬ字状のＬ字油路４５１Ｂとからなる。図８に示されるように、ドレン孔４３３は、ドレン油路４５１の油室４５１Ａに連通している。

図９に示されるように、ステム４３と蓋４５との接触部分には、ドレン油の油漏れを防止するシール部材６が設けられている。蓋４５にドレン油路４５１が形成されている関係上、ステム４３と蓋４５と接触部分からドレン油が染み出し、油漏れする可能性があるためである。

４つの縦孔４３５は、コントロールバルブ３６と走行モータ２１との間で作動油を給排するための油路として機能する孔である。図９においては、４つの縦孔４３５のうちの１つが図示されている。縦孔４３５は、先行技術（例えば、上記特許文献１）と同様の構成である。

以上、上述した実施形態によれば、油を通さないロッド用孔４３１にロッド５３が挿入されるため、メンテナンス時にロッド５３を挿脱しても油漏れの可能性はない。また、ドレン孔４３３がロッド用孔４３１とは別に形成され、ボディ４１に固定された蓋４５のドレン油路４５１に連通しているため、蓋４５から蓋４７が取り外されても蓋４５はボディ４１に取り付けられたままであるから、ドレン孔４３３は閉塞されたままである。よって、ドレン孔４３３からの油漏れの可能性もない。したがって、本実施形態に係るスイベルジョイント４は、ロッド５３を容易に交換することが可能であり、ロッド５３を含むセンサユニット５の高いメンテナンス性を有する。

また、上述した実施形態によれば、回転角度センサ５１やマグネット５５が作動油に接しないため、これらの部材に耐油性を持たせる必要がない。

また、上述した実施形態によれば、ショベルレイアウトを大きく変更することなく、角度検知機能を追加することが可能であり、また、一般的なスイベルジョイントと比較した場合に着脱性も劣らない。

また、上述した実施形態によれば、蓋４７を蓋４５から取り外せば、蓋４７に締結されたロッド５３を取り出すことが可能である。そのため、スイベルジョイント４をショベル本体から取り外すことなくマグネット５５を交換することが可能である。

また、上述した実施形態によれば、ロッド５３の先端側にカラー５７が設けられているため、ロッド５３の芯ブレが阻止され、マグネット５５が回転角度センサ５１の感知範囲を逸脱せずに済む。また、カラー５７が非磁性体の樹脂素材で構成されるため、ステム４３のロッド用孔４３１を摩耗させない。

また、上述した実施形態によれば、マグネット５５がロッド５３の先端に形成されたザグリに接着剤を介して直接取り付けられているため、マグネット５５と磁性体であるロッド５３との間に非磁性体の別部材を設ける必要がなく、部品点数を低減できる。

＜２．変形例＞
本発明による建設機械のスイベルジョイントは上述した実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載した範囲で種々の変形や改良が可能である。

上述した実施形態では、図７に示されるように、蓋４５がボディ４１に固定され、ロッド５３を備える蓋４７が蓋４５に対して脱着可能に構成される場合を例示したが、これに限定されない。例えば、ボディ４１に固定される蓋と、当該蓋に直接締結することが可能なロッドとを備えて構成されるようにしてもよい。すなわち、１つの蓋とそれに締結可能なロッドを備えて構成されるようにしてもよい。

具体的には、図１０に示されるように、ドレン油路４９１が形成された蓋４９がボディ４１に固定される。また、ロッド５３０の基端側は、ねじ構造により蓋４９に対してねじ締結可能に構成される。そして、蓋４９に締結されるロッド５３０の基端側の径は、カラー５７０の径よりも大きくなるように構成される。

かかる変形例によれば、スイベルジョイント４を構成する部品点数が低減されるため、組み付け公差を小さくすることができ、スイベルジョイント４（詳細には、ステム４３のロッド用孔４３１）に対するロッド５３０の芯ずれを抑制することが可能である。

以上のように本発明にかかる構成は、上部旋回体の旋回角度を検出するセンサユニットを備える油圧ショベルのスイベルジョイント等に用いるのに適している。

１ 油圧ショベル、２ 下部走行体、３ 上部旋回体、４ スイベルジョイント、
５ センサユニット、６ シール部材、２１ 走行モータ、２２ クローラ、
２３ ロアフレーム、２５ 旋回ベアリング、３１ アッパーフレーム、
３６ コントロールバルブ、３７ 機械室カバー、３７Ａ 機械室、４１ ボディ、
４３ ステム、４５ 蓋、４５Ｈ 取付孔、４７ 蓋、４７Ｓ 締結部、４９ 蓋、
５１ 上部配管、５１ 回転角度センサ、５２ 下部配管、５３ ロッド、
５５ マグネット、５７ カラー、４３１ ロッド用孔、４３２ スラストプレート、
４３３ ドレン孔、４３５ 縦孔、４５１ ドレン油路、４５１Ａ 油室、
４５１Ｂ Ｌ字油路、４９１ ドレン油路、５３０ ロッド、５７０ カラー、
ＡＸ 旋回軸

Claims (6)

1. 下部走行体と上部旋回体とを連結する旋回部分に設けられる建設機械のスイベルジョイントであって、
   前記下部走行体に固定される円筒状のボディと、
   前記上部旋回体に固定され且つ前記ボディの円筒内側において回転自在に嵌合される円柱状のステムと、
   前記ボディの下側において前記ボディに対して固定され、前記ステムの中心軸に重なる位置に取付孔が形成されたドーナツ状の第１蓋と、
   前記取付孔を介して前記第１蓋に対して脱着可能な第２蓋と、
   前記上部旋回体の旋回角度を検出するためのセンサユニットと、
   を備え、
   前記センサユニットは、前記ステムの上端側に固定される回転角度センサと、前記回転角度センサによって検知可能なマグネットを先端に備え前記第２蓋に基端側が締結される棒状のロッドとを有し、
   前記ステムには、前記ステムの中心軸において軸方向に延びて前記ロッドが挿入されるロッド用孔と、前記中心軸からずれた位置において前記軸方向に延びてドレン油が通るドレン孔とが形成され、
   前記第１蓋には、前記ステムの前記ドレン孔に連通するドレン油路が形成され、
   前記ステムと前記第１蓋との接触部分には、前記ドレン油の油漏れを防止するシール部材が設けられ、
   前記第２蓋が前記第１蓋に装着されると、前記ロッドは油を通さない前記ロッド用孔に挿入され、前記ロッド先端の前記マグネットが前記センサに近接するように構成されていることを特徴とする建設機械のスイベルジョイント。
2. 前記第２蓋と前記ロッドとの締結部分は、ねじ構造で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の建設機械のスイベルジョイント。
3. 前記ロッドの先端側には、前記ロッドの芯ブレを抑制するためのカラーが設けられ、
   前記第２蓋が装着される前記取付孔の径は、前記カラーの径よりも大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載の建設機械のスイベルジョイント。
4. 前記カラーは、非磁性体の樹脂素材であることを特徴とする請求項３に記載の建設機械のスイベルジョイント。
5. 前記マグネットは、前記ロッドの先端に形成されたザグリに対して接着剤により直接取り付けられ、
   前記ザグリは、前記マグネットの磁界密度に影響しない大きさで形成されていることを特徴とする請求項１から４のうち何れかに記載の建設機械のスイベルジョイント。
6. 下部走行体と上部旋回体とを連結する旋回部分に設けられる建設機械のスイベルジョイントであって、
   前記下部走行体に固定される円筒状のボディと、
   前記上部旋回体に固定され且つ前記ボディの円筒内側において回転自在に嵌合される円柱状のステムと、
   前記ボディの下側において前記ボディに対して固定され、前記ステムの中心軸に重なる位置に取付孔が形成されたドーナツ状の蓋と、
   前記上部旋回体の旋回角度を検出するためのセンサユニットと、
   を備え、
   前記センサユニットは、前記ステムの上端側に固定される回転角度センサと、前記回転角度センサによって検知可能なマグネットを先端に備え前記取付孔を介して前記蓋に対して脱着可能な棒状のロッドとを有し、
   前記ステムには、前記ステムの中心軸において軸方向に延びて前記ロッドが挿入されるロッド用孔と、前記中心軸からずれた位置において前記軸方向に延びてドレン油が通るドレン孔とが形成され、
   前記蓋には、前記ステムの前記ドレン孔に連通するドレン油路が形成され、
   前記ステムと前記蓋との接触部分には、前記ドレン油の油漏れを防止するシール部材が設けられ、
   前記ロッドが前記蓋に装着されると、前記ロッドは油を通さない前記ロッド用孔に挿入され、前記ロッド先端の前記マグネットが前記センサに近接するように構成されていることを特徴とする建設機械のスイベルジョイント。

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