WO2014069308A1

WO2014069308A1 - ショベル

Info

Publication number: WO2014069308A1
Application number: PCT/JP2013/078726
Authority: WO
Inventors: 一則平沼; 照一松木; 明彦稲田; 健志岡田
Original assignee: 住友重機械工業株式会社
Priority date: 2012-11-05
Filing date: 2013-10-23
Publication date: 2014-05-08
Also published as: CN104769315B; CN104769315A

Abstract

　本発明の実施例に係るショベルは、下部走行体（１）に搭載される上部旋回体（３）と、上部旋回体（３）を旋回駆動する旋回用電動機（２１）と、旋回用電動機（２１）の出力軸に接続される第１旋回減速機（２４－１）とを備え、第１旋回減速機（２４－１）の太陽歯車（４２）及び遊星歯車（４４）は、はすば歯車で構成され、第１旋回減速機（２４－１）の内歯歯車（４８）は、はすば内歯車で構成される。

Description

ショベル

　本発明は、旋回減速機を備えるショベルに関する。

　従来、旋回用電動機と、旋回用電動機の出力軸に接続される第１旋回減速機と、第１旋回減速機の出力軸に接続される第２旋回減速機と、第２旋回減速機の出力軸に接続される第３旋回減速機と、第３旋回減速機の出力軸に接続されるスイングサークルとを含む旋回機構を備えるショベルが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

　このショベルでは、旋回用電動機が回転すると、第１旋回減速機を構成する遊星歯車機構が収容される空間内の潤滑油が遠心力によりすり鉢状の液面を形成し、第１旋回減速機の上部に接続された管路を通ってバッファタンクに排出される。また、旋回用電動機の回転が停止すると、バッファタンクに排出されていた潤滑油は、重力により、絞りと第１旋回減速機の下部に接続された管路とを通って第１旋回減速機の空間内に徐々に戻される。

　そのため、このショベルは、旋回動作が断続的に繰り返される場合には、空間内の潤滑油の量を少なめに維持することによって歯車の回転負荷を抑制し、旋回動作時に歯車の回転が所望の回転数まで上昇する時間を短縮する。

特開２００８－２３２２７０号公報

　しかしながら、特許文献１に記載のショベルは、エネルギ効率や省スペース化が考慮されているものの、騒音対策については考慮されていない。そのため、特許文献１のショベルは、キャブ内のオペレータの騒音による疲労や不快感を抑えることができない。また、騒音は、オペレータだけでなくショベルの周囲で作業する作業者の会話を妨げる原因にもなる。

　上述の点に鑑み、旋回減速機が発生させる騒音を低減可能なショベルを提供することが望まれる。

　本発明の実施例に係るショベルは、下部走行体に搭載される上部旋回体と、前記上部旋回体を旋回駆動する旋回用電動機と、前記旋回用電動機の出力軸に接続される第１旋回減速機と、を備え、前記第１旋回減速機は、遊星歯車機構で構成され、前記第１旋回減速機の太陽歯車及び遊星歯車は、はすば歯車で構成される。

　上述の手段により、旋回減速機が発生させる騒音を低減可能なショベルが提供される。

本発明の一実施形態による旋回駆動装置が組み込まれるショベルの側面図である。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。本発明の一実施形態による旋回駆動装置の構成を示すブロック図である。図３の旋回駆動装置の上面図である。図４のＶ－Ｖ線断面図である。旋回用電動機の出力軸が静止しているときの旋回駆動装置の状態を示す、図４のＶＩ－ＶＩ線断面図である。旋回用電動機の出力軸が回転しているときの旋回駆動装置の状態を示す、図４のＶＩ－ＶＩ線断面図である。第１旋回減速機における太陽歯車及び遊星歯車の側面図である。本発明の別の実施形態による旋回駆動装置の構成を示す断面図である。

　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任意のショベルに適用でき、例えば外部電源から電力が供給される電気駆動式ショベルにも適用できる。

　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用の油圧モータ１Ａ（右用）及び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、高圧油圧ラインを介してコントロールバルブ１７に接続される。

　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、負荷駆動系として旋回駆動装置４０が構成される。ここで、旋回用電動機２１が上部旋回体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が上部旋回体３に機械的にブレーキをかけておくブレーキ装置に相当する。

　操作装置２６は、レバー２６Ａ、レバー２６Ｂ、ペダル２６Ｃを含む。レバー２６Ａ、レバー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。

　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の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の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、後述のように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を含む。旋回用電動機２１の出力軸側には旋回減速機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。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～図８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。なお、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。また、図５は、図４のＶ－Ｖ線断面図である。

　また、図５は旋回駆動装置４０のうち、第１旋回減速機２４－１及びメカニカルブレーキ２３を構成する部分の断面図である。本実施形態では、第１旋回減速機２４―１を構成する遊星減速機の太陽歯車４２が、旋回用電動機２１の出力軸２１ｂに固定されている。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、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。

　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。

　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を有する。

　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。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。

　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である。具体的には、ブレーキディスク６０は、例えばスプライン接続のような接続構造を介して遊星キャリア４６に接続されている。

　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である。具体的には、ブレーキプレート６２は、例えばスプライン接続のような接続構造を介して第２ギヤケース５２の内面側に接続されている。上側のブレーキプレート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により押圧されて常に上側のブレーキプレート６２に押し付けられている。本実施形態は、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。

　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が上下のブレーキプレート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。

　ピストン６４と第２ギヤケース５２との間には、作動油を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に油圧を供給すると、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、スプリング押え部材９０が嵌合している。スプリング押え部材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はスプリング押え部材９０により押圧されて圧縮される。スプリング押え部材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（フランジとも称する）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、図６～図８を参照しながら、旋回駆動装置４０における回転駆動力の伝達について説明する。なお、図６及び図７は何れも図４のＶＩ－ＶＩ線断面図であり、図６は旋回用電動機２１の出力軸２１ｂが静止しているときの旋回駆動装置４０の状態を示し、図７は出力軸２１ｂが回転しているときの旋回駆動装置４０の状態を示す。また、図８は、第１旋回減速機２４－１における太陽歯車４２及び遊星歯車４４の側面図である。

　図６に示すように、第１旋回減速機２４－１は、太陽歯車４２、遊星歯車４４、遊星キャリア４６、及び内歯歯車４８を含む遊星歯車機構で構成される。また、第２旋回減速機２４－２は、太陽歯車８２、遊星歯車８４、遊星キャリア８６、及び内歯歯車８８を含む遊星歯車機構で構成される。同様に、第３旋回減速機２４－３は、太陽歯車１０２、遊星歯車１０４、遊星キャリア１０６、及び内歯歯車１０８を含む遊星歯車機構で構成される。

　第１旋回減速機２４－１において、太陽歯車４２は、旋回用電動機２１の出力軸２１ｂに固定され、遊星歯車４４と係合する。遊星歯車４４は、第１ギヤケース５０の内壁に形成された内歯歯車４８と太陽歯車４２との間で自転しながら公転する。本実施形態では、第１旋回減速機２４－１は、３つの遊星歯車４４を有する。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。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。

　また、本実施形態では、太陽歯車４２及び３つの遊星歯車４４のそれぞれは、はすば歯車（図８参照。）で構成され、内歯歯車４８は、はすば内歯車（図示せず。）で構成される。なお、はすば歯車は、やまば歯車を含む。やまば歯車は、ねじれ方向が逆向きのはすば歯車を組み合わせた構成を有するためである。はすば内歯車についても同様である。また、太陽歯車４２及び３つの遊星歯車４４のそれぞれは、平歯車に比べてかみ合い率の高い歯車であれば、はすば歯車以外の他の歯車が用いられてもよい。内歯歯車４８についても同様である。この構成により、旋回駆動装置４０は、旋回減速機２４が発生させる騒音及び振動を低減させることができる。複数の歯が常時かみ合い滑らかな動きが実現されるためである。

　第２旋回減速機２４－２において、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、遊星歯車８４と係合する。遊星歯車８４は、第３ギヤケース５４の内壁に形成された内歯歯車８８と太陽歯車８２との間で自転しながら公転する。本実施形態では、第２旋回減速機２４－２は、３つの遊星歯車８４を有する。３つの遊星歯車８４のそれぞれは、ピン８４ａを介して遊星キャリア８６に回転可能に支持され、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。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。

　また、本実施形態では、太陽歯車８２及び３つの遊星歯車８４のそれぞれは、平歯車で構成され、内歯歯車８８は、内歯平歯車で構成される。第２旋回減速機２４－２を構成する歯車は、第１旋回減速機２４－１を構成する歯車に比べ回転速度が低く、騒音レベル及び振動レベルも低いためである。しかしながら、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、太陽歯車８２及び３つの遊星歯車８４のそれぞれは、平歯車に比べてかみ合い率の高いはすば歯車で構成されてもよい。内歯歯車８８についても同様である。この構成により、旋回駆動装置４０は、旋回減速機２４が発生させる騒音及び振動をさらに低減させることができる。

　第３旋回減速機２４－３において、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、遊星歯車１０４と係合する。遊星歯車１０４は、第３ギヤケース５４の内壁に形成された内歯歯車１０８と太陽歯車１０２との間で自転しながら公転する。本実施形態では、第３旋回減速機２４－３は、３つの遊星歯車１０４を有する。３つの遊星歯車１０４のそれぞれは、ピン１０４ａを介して遊星キャリア１０６に回転可能に支持され、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。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。

　また、本実施形態では、太陽歯車１０２及び３つの遊星歯車１０４のそれぞれは、平歯車で構成され、内歯歯車１０８は、内歯平歯車で構成される。第３旋回減速機２４－３を構成する歯車は、第２旋回減速機２４－２を構成する歯車に比べさらに回転速度が低く、騒音レベル及び振動レベルもさらに低いためである。しかしながら、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、太陽歯車１０２及び３つの遊星歯車１０４のそれぞれは、平歯車に比べてかみ合い率の高いはすば歯車で構成されてもよい。内歯歯車１０８についても同様である。この構成により、旋回駆動装置４０は、旋回減速機２４が発生させる騒音及び振動をさらに低減させることができる。

　このように、本実施形態では、旋回駆動装置４０は、高速段である第１旋回減速機２４－１がはすば歯車で構成され、中速段である第２旋回減速機２４－２及び低速段である第３旋回減速機が平歯車で構成される。そのため、旋回駆動装置４０は、騒音及び振動の低減を実現しながらも比較的低い製造コストで製造され得る。具体的には、旋回駆動装置４０は、比較的高い回転速度のため比較的大きな騒音及び振動を発生させる第１旋回減速機２４－１をはすば歯車で構成することによって騒音及び振動の低減を実現できる。そして、騒音及び振動の低減は、オペレータの疲労や不快感を低減させることができる。また、旋回駆動装置４０は、比較的低い回転速度のため比較的小さな騒音及び振動しか発生させない第２旋回減速機２４－２及び第３旋回減速機２４－３を平歯車で構成することによって、はすば歯車を採用する場合に比べ、製造コストの増大を抑制できる。なお、同様の効果を得るために、高速段である第１旋回減速機２４－１及び中速段である第２旋回減速機２４－２がはすば歯車で構成され、低速段である第３旋回減速機が平歯車で構成されてもよい。

　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、図７に示すように、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。

　次に、図６及び図７を参照しながら、旋回駆動装置４０における潤滑油の動きについて説明する。

　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、遊星キャリア４６にはオイルシール５７が装着される。空間ＳＰ１は、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を収容し、細かいドットパターンで表される潤滑油ＬＢ１で満たされる。また、空間ＳＰ１は、第１循環路７２ａ及び第２循環路７２ｂを含む循環路７２を介してバッファタンク７０に接続される。

　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、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、太陽歯車８２、１０２、遊星歯車８４、１０４、及び、遊星キャリア８６、１０６を収容し、粗いドットパターンで表される潤滑油ＬＢ２で満たされる。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。

　図６に示すように、出力軸２１ｂが静止している場合、バッファタンク７０内の潤滑油ＬＢ１の油面のレベルＬ１は、エンドプレート２１ａの底面よりも高い位置にある。すなわち、空間ＳＰ１は、潤滑油ＬＢ１で満たされた状態にある。なお、第２循環路７２ｂは、油面のレベルＬ１よりも高い位置でバッファタンク７０に接続される。また、バッファタンク７０における第２循環路７２ｂの接続位置は調整可能に構成されてもよい。

　一方、図７に示すように、出力軸２１ｂが回転している場合、空間ＳＰ１内の潤滑油ＬＢ１は、回転する遊星キャリア４６及びブレーキディスク６０による遠心ポンプ作用により、空間ＳＰ１の下部に形成される流入孔を通じて循環路７２に送り込まれる。具体的には、空間ＳＰ１内の潤滑油ＬＢ１は、ブレーキディスク６０とブレーキプレート６２との間を通って第１循環路７２ａに送り込まれてバッファタンク７０に排出される。なお、図７の破線矢印は、潤滑油ＬＢ１の流れを表す。

　また、遊星キャリア４６には、ブレーキディスク６０の半径方向内側から潤滑油ＬＢ１を供給できるように油路７４が設けられる。油路７４により、旋回駆動装置４０は、ブレーキディスク６０の表面に沿った潤滑油ＬＢ１の流れを形成でき、ブレーキディスク６０を効率的に冷却できる。なお、本実施形態では、２つのブレーキプレート６２の間に１つのブレーキディスク６０が配置されるが、複数のブレーキディスク６０を用いる構成が採用されてもよい。具体的には、４つのブレーキプレート６２のそれぞれの間に３つのブレーキディスク６０のそれぞれが配置される構成が採用されてもよい。この場合、旋回駆動装置４０は、油路７４により、隣接する２つのブレーキディスク６０の間の空間に存在する潤滑油ＬＢ１の循環を促進できる。また、油路７４は、遊星キャリア４６の回転軸近くまで延び、１又は複数の開口を通じて太陽歯車４２の下にある空間ＳＰ１の一部に接続されてもよい。

　また、空間ＳＰ１は、潤滑油ＬＢ１の一部が第１循環路７２ａを通じてバッファタンク７０に排出されるため、第２循環路７２ｂを通じてバッファタンク７０にある空気を引き込む。その結果、空間ＳＰ１内の潤滑油ＬＢ１は、旋回用電動機２１の出力軸２１ｂの回転によって撹拌されてすり鉢状の油面Ｌ２を形成する。なお、第１循環路７２ａ及び第２循環路７２ｂは何れも、絞り等によって潤滑油の流れが規制されない非規制状態にある。

　その後、空間ＳＰ１から排出される潤滑油ＬＢ１によってバッファタンク７０内の潤滑油ＬＢ１の油面は、第２循環路７２ｂより上のレベルＬ３に達する。この場合、バッファタンク７０内の潤滑油ＬＢ１は、第２循環路７２ｂ及び空間ＳＰ１の上部に形成された流出孔を通って空間ＳＰ１に流入する。なお、流出孔は、例えば、内歯歯車４８の上方又は内部に形成される。バッファタンク７０から空間ＳＰ１に流入する潤滑油ＬＢ１は、内歯歯車４８、遊星歯車４４、太陽歯車４２、及び遊星キャリア４６を潤滑した後、すり鉢状の油面Ｌ２を形成する空間ＳＰ１内の潤滑油ＬＢ１に合流する。

　なお、バッファタンク７０には、バッファタンク７０内の潤滑油ＬＢ１を冷却するための熱交換手段７６の一例としてのファンが設置される。そのため、バッファタンク７０から空間ＳＰ１に流入する潤滑油ＬＢ１の温度は、空間ＳＰ１からバッファタンク７０に排出される潤滑油ＬＢ１の温度より低い。その結果、バッファタンク７０から空間ＳＰ１に流入する潤滑油ＬＢ１は、内歯歯車４８、遊星歯車４４、太陽歯車４２、遊星キャリア４６、及び、空間ＳＰ１内の潤滑油ＬＢ１を冷却できる。なお、熱交換手段７６は、バッファタンク７０の外面に形成される放熱フィン等、ファン以外の手段であってもよい。また、バッファタンク７０は、それ自身が熱交換手段となり得るため、追加の熱交換手段７６を省略してもよい。また、バッファタンク７０は、第１循環路７２ａから流入する潤滑油ＬＢ１がバッファタンク７０内で確実に冷却された後で第２循環路７２ｂを通って空間ＳＰ１に戻されるよう、ジグザグ状の流路を内部に設けるようにしてもよい。また、バッファタンク７０は、内圧を調整可能なブリーザ装置を備えていてもよい。

　その後、出力軸２１ｂの回転が停止すると、すり鉢状の油面Ｌ２を形成していた空間ＳＰ１内の潤滑油ＬＢ１は、空間ＳＰ１内で水平な油面を形成する。そして、バッファタンク７０内の潤滑油ＬＢ１は、遊星キャリア４６及びブレーキディスク６０の回転による遠心ポンプ作用が消失するため、その油面がレベルＬ３より低くなるまでは、第１循環路７２ａ及び第２循環路７２ｂを通って空間ＳＰ１に戻る。また、バッファタンク７０内の潤滑油ＬＢ１は、その油面がレベルＬ３より低くなった後は、その油面がレベルＬ１（図６参照。）に達するまでは、第１循環路７２ａを通って空間ＳＰ１に戻る。バッファタンク７０内の潤滑油ＬＢ１の油面がレベルＬ１に達すると、空間ＳＰ１は潤滑油ＬＢ１で満たされた状態となり、太陽歯車４２、遊星歯車４４、遊星キャリア４６、及び内歯歯車４８は潤滑油ＬＢ１に完全に浸された状態となる。

　このように、旋回駆動装置４０は、旋回用電動機２１の出力軸２１ｂが回転する際に空間ＳＰ１内の潤滑油ＬＢ１をバッファタンク７０に排出して空間ＳＰ１内の潤滑油ＬＢ１の量を減少させる。その結果、旋回駆動装置４０は、潤滑油ＬＢ１の撹拌抵抗を低減させ、出力軸２１ｂ、太陽歯車４２、遊星歯車４４、遊星キャリア４６の回転負荷を低減させることができる。

　また、旋回駆動装置４０は、遊星キャリア４６及びブレーキディスク６０の回転による遠心ポンプ作用により、空間ＳＰ１の下部にある潤滑油ＬＢ１をバッファタンク７０に排出する。そして、旋回駆動装置４０は、バッファタンク７０内の潤滑油ＬＢ１を空間ＳＰ１の上部に戻す。その結果、旋回駆動装置４０は、空間ＳＰ１内の潤滑油ＬＢ１の量を過度に減少させることなく、太陽歯車４２、遊星歯車４４、遊星キャリア４６、及び内歯歯車４８を確実に潤滑できる。

　また、旋回駆動装置４０は、熱交換手段７６によりバッファタンク７０内の潤滑油ＬＢ１を冷却する。その結果、旋回駆動装置４０は、空間ＳＰ１内で各歯車の回転等によって加熱された潤滑油ＬＢ１をバッファタンク７０で冷却した上で空間ＳＰ１に戻すことができ、各歯車及び潤滑油ＬＢ１の過熱を抑制できる。

　一方で、空間ＳＰ２内の潤滑油ＬＢ２は、旋回用電動機２１の出力軸２１ｂが回転する場合であっても、空間ＳＰ２内を下部から上部に循環することはない。各歯車の回転速度が旋回用電動機２１の出力軸２１ｂの回転速度に比べて低いため、各歯車の回転負荷の低減、潤滑油ＬＢ２の冷却に対する必要性が比較的低いためである。しかしながら、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、旋回駆動装置４０は、空間ＳＰ２内の潤滑油ＬＢ２を循環させるために、また、潤滑油ＬＢ２の過熱を抑制するために、バッファタンク７０と同様の、空間ＳＰ２に接続される別のバッファタンクを備えるようにしてもよい。

　次に、図９を参照しながら、本発明の別の実施形態による旋回駆動装置４０Ｘの構成例について説明する。なお、図９は、旋回用電動機２１の出力軸２１ｂが回転しているときの状態を示す断面図であり、図７に対応する。

　旋回駆動装置４０Ｘは、バッファタンク７０、第１循環路７２ａ、及び第２循環路７２ｂの組み合わせの代わりに循環路７２Ｍを備える点で旋回駆動装置４０と相違するが、その他の点で共通する。そのため、共通点の説明を省略しながら相違点を詳細に説明する。

　循環路７２Ｍは、第１ギヤケース５０及び第２ギヤケース５２のそれぞれの内部に形成される油路であり、旋回用電動機２１の出力軸２１ｂが静止している場合であっても潤滑油ＬＢ１で満たされている。すなわち、空間ＳＰ１及び循環路７２Ｍは、常に潤滑油ＬＢ１で満たされた状態にある。

　また、図９に示すように、出力軸２１ｂが回転している場合、空間ＳＰ１内の潤滑油ＬＢ１は、回転する遊星キャリア４６及びブレーキディスク６０による遠心ポンプ作用により、空間ＳＰ１内の下部に形成された流入孔を介して循環路７２Ｍに送り込まれる。具体的には、空間ＳＰ１内の潤滑油ＬＢ１は、ブレーキディスク６０とブレーキプレート６２との間を通って循環路７２Ｍに送り込まれる。循環路７２Ｍに送り込まれた潤滑油ＬＢ１は、熱交換手段７６によって冷却されながら、新たに送り込まれる潤滑油ＬＢ１に押されて鉛直上方に送られる。その後、循環路７２Ｍ内を鉛直上方に移動する潤滑油ＬＢ１は、新たに送り込まれる潤滑油ＬＢ１に押され、空間ＳＰ１の上部に形成された流出孔に向けて、すなわち、回転軸に近づく方向に送られる。このとき、空間ＳＰ１内の潤滑油ＬＢ１は、遠心力によって回転軸から離れようとしている。そのため、循環路７２Ｍ内を回転軸に近づく方向に移動する潤滑油ＬＢ１は、この回転軸から離れようとする潤滑油ＬＢ１を回転軸に近づく方向に押し戻しながら空間ＳＰ１の上部に形成された流出孔から空間ＳＰ１内に押し出される。なお、図９の破線矢印は、循環路７２Ｍ内を移動する潤滑油ＬＢ１の流れを表す。

　このように、空間ＳＰ１は、循環路７２Ｍに送り込まれた潤滑油ＬＢ１の量だけ、循環路７２Ｍから潤滑油ＬＢ１を受ける。そのため、空間ＳＰ１は、常に潤滑油ＬＢ１で満たされた状態にあり、旋回用電動機２１の出力軸２１ｂの回転によって撹拌されるが、すり鉢状の油面を形成することはない。

　その後、出力軸２１ｂの回転が停止すると、循環路７２Ｍ内の潤滑油ＬＢ１はその移動を止める。この場合も、空間ＳＰ１が潤滑油ＬＢ１で満たされた状態は変化しない。

　このように、旋回駆動装置４０Ｘは、旋回用電動機２１の出力軸２１ｂが回転する際に空間ＳＰ１内の潤滑油ＬＢ１を下方から上方に循環させる。具体的には、旋回駆動装置４０Ｘは、遊星キャリア４６及びブレーキディスク６０の回転による遠心ポンプ作用により、空間ＳＰ１の下部にある流入孔と空間ＳＰ１の上部にある流出孔とを繋ぐ循環路７２Ｍを用いて潤滑油ＬＢ１を循環させる。また、旋回駆動装置４０Ｘは、熱交換手段７６により循環路７２Ｍ内の潤滑油ＬＢ１を冷却する。その結果、旋回駆動装置４０Ｘは、空間ＳＰ１内で各歯車の回転等によって加熱された潤滑油ＬＢ１を循環路７２Ｍ内で冷却した上で空間ＳＰ１に戻すことができ、各歯車及び潤滑油ＬＢ１の過熱を抑制できる。

　一方で、空間ＳＰ２内の潤滑油ＬＢ２は、旋回用電動機２１の出力軸２１ｂが回転する場合であっても、空間ＳＰ２内を下部から上部に循環することはない。各歯車の回転速度が旋回用電動機２１の出力軸２１ｂの回転速度に比べて低いため、各歯車の回転負荷の低減、潤滑油ＬＢ２の冷却に対する必要性が比較的低いためである。しかしながら、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、旋回駆動装置４０Ｘは、空間ＳＰ２内の潤滑油ＬＢ２を循環させるために、また、潤滑油ＬＢ２の過熱を抑制するために、循環路７２Ｍと同様の、空間ＳＰ２に接続される別の循環路を備えるようにしてもよい。

　また、旋回駆動装置４０Ｘは、旋回用電動機２１の出力軸２１ｂが回転しているか静止しているかにかかわらず、空間ＳＰ１を常に潤滑油ＬＢ１で満たすように構成される。そのため、旋回駆動装置４０Ｘは、ショベルの機体の傾斜にかかわらず、太陽歯車４２、遊星歯車４４、遊星キャリア４６、及び内歯歯車４８を確実に潤滑できる。

　以上、本発明の好ましい実施形態について詳説したが、本発明は、上述した実施形態に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなしに上述した実施形態に種々の変形及び置換を加えることができる。

　例えば、上述の実施形態では、旋回駆動装置４０は、１つのバッファタンク７０に接続される１組の循環路７２（第１循環路７２ａ及び第２循環路７２ｂの組み合わせ）を備える。しかしながら、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、旋回駆動装置４０は、１つのバッファタンクに接続される複数組の循環路を備えていてもよく、複数のバッファタンクに接続される複数組の循環路を備えていてもよい。また、旋回駆動装置４０は、複数の第１循環路７２ａに対応する１つの第２循環路７２ｂを備えていてもよく、１つの第１循環路７２ａに対応する複数の第２循環路７２ｂを備えていてもよい。

　また、上述の実施形態では、旋回駆動装置４０Ｘは、１つの循環路７２Ｍを備えるが、複数の循環路７２Ｍを備えていてもよい。

　また、上述の実施形態では、旋回駆動装置４０は、空間ＳＰ１に接続されるバッファタンク７０及び循環路７２を備えるが、追加的に或いは代替的に、空間ＳＰ２に接続されるバッファタンク７０及び循環路７２を備えていてもよい。同様に、旋回駆動装置４０Ｘは、空間ＳＰ１に接続される循環路７２Ｍを備えるが、追加的に或いは代替的に、空間ＳＰ２に接続される循環路７２Ｍを備えていてもよい。

　また、旋回駆動装置４０、４０Ｘでは、循環路７２、７２Ｍは、第１ギヤケース５０及び第２ギヤケース５２のそれぞれの内部に形成されるが、第１ギヤケース５０及び第２ギヤケース５２のそれぞれの内表面に形成される循環溝を含んでいてもよい。

　また、旋回駆動装置４０、４０Ｘでは、スプリング６６を収容する空間と、ブレーキ解除ポート６９と、循環路７２、７２Ｍとがそれぞれ円周方向にオフセットして形成される。しかしながら、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、スプリング６６を収容する空間、ブレーキ解除ポート６９、及び、循環路７２、７２Ｍのうちの少なくとも２つが同じ円周方向位置に形成されてもよい。

　また、旋回駆動装置４０、４０Ｘでは、空間ＳＰ１の上部に潤滑油ＬＢ１が側方から進入するように、循環路７２、７２Ｍの流出孔が何れも第１ギヤケース５０の内壁に形成されている。しかしながら、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、空間ＳＰ１の上部に潤滑油ＬＢ１が上方から進入するように、循環路がエンドプレート２１ａ内に形成され、その循環路の流出孔がエンドプレート２１ａの底面に形成されてもよく、循環溝がエンドプレート２１ａの底面に形成されてもよい。この場合、旋回駆動装置４０、４０Ｘは、例えば、旋回用電動機２１の出力軸２１ｂが回転しているときに油面Ｌ２から露出する太陽歯車４２に潤滑油ＬＢ１を直接供給することもできる。

　また、旋回駆動装置４０、４０Ｘでは、オイルシール５７によって空間ＳＰ１と空間ＳＰ２とが分離され、潤滑油ＬＢ１と潤滑油ＬＢ２とが混合しないように構成される。しかしながら、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、空間ＳＰ１内の各歯車と空間ＳＰ２内の各歯車とを同じ種類の潤滑油で潤滑してもよい。また、空間ＳＰ２は、第２旋回減速機２４－２を構成する遊星歯車機構を収容する空間と、第３旋回減速機２４－３を構成する遊星歯車機構を収容する空間とに分離されてもよい。第２旋回減速機２４－２を構成する遊星歯車機構を潤滑する潤滑油と、第３旋回減速機２４－３を構成する遊星歯車機構を潤滑する潤滑油とを隔離し、別々の潤滑油を利用できるようにするためである。

　また、旋回駆動装置４０、４０Ｘでは、第１旋回減速機２４－１の遊星キャリア４６は、第１旋回減速機２４－１の出力軸、及び、第２旋回減速機２４－２の入力軸として構成され、第２旋回減速機２４－２の太陽歯車８２が固定される。しかしながら、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、第１旋回減速機２４－１の出力軸は、第２旋回減速機２４－２の入力軸に取り外し可能に連結される構成であってもよい。すなわち、第１旋回減速機２４－１は、旋回減速機２４の残りの部分から取り外し可能に構成されてもよい。この場合、空間ＳＰ２は、第２ギヤケース５２の代わりとなる図示しないトッププレートと、第２旋回減速機２４－２の入力軸と、第３ギヤケース５４と、遊星キャリア１０６とによって密閉される。なお、第２旋回減速機２４－２の入力軸及び遊星キャリア１０６には、図示しないオイルシールが装着される。この構成により、旋回駆動装置４０、４０Ｘは、仕様の異なる様々な第１旋回減速機を旋回減速機２４の残りの部分に組み合わせることができ、減速比等の特性を種々の用途に適応させることができる。

　また、本願は、２０１２年１１月５日に出願した日本国特許出願２０１２－２４４０１３号、２０１２年１１月１３日に出願した日本国特許出願２０１２－２４９７４９号、２０１２年１１月１６日に出願した日本国特許出願２０１２－２５２７１３号、２０１２年１１月２１日に出願した日本国特許出願２０１２－２５５７３６号、及び２０１３年２月１４日に出願した日本国特許出願２０１３－０２７１６２号に基づく優先権を主張するものであり、これらの日本国特許出願の全内容を本願に参照により援用する。

　１・・・下部走行体　１Ａ、１Ｂ・・・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、４０Ｘ・・・旋回駆動装置　４０Ａ・・・出力軸　４２、８２、１０２・・・太陽歯車　４４、８４、１０４・・・遊星歯車　４４ａ、８４ａ、１０４ａ・・・ピン　４６、８６、１０６・・・遊星キャリア　４８、８８、１０８・・・内歯歯車　５０・・・第１ギヤケース　５２・・・第２ギヤケース　５４・・・第３ギヤケース　５６・・・ベアリング　５７・・・オイルシール　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　７０・・・バッファタンク　７２、７２Ｍ・・・循環路　７２ａ・・・第１循環路　７２ｂ・・・第２循環路　７４・・・油路　７６・・・熱交換手段　９０・・・スプリング押え部材　９１、９３、９４、９５・・・シール部材　９２・・・ボルト　１２０・・・蓄電系

Claims

　下部走行体に搭載される上部旋回体と、
　前記上部旋回体を旋回駆動する旋回用電動機と、
　前記旋回用電動機の出力軸に接続される第１旋回減速機と、を備え、
　前記第１旋回減速機は、遊星歯車機構で構成され、
　前記第１旋回減速機の太陽歯車及び遊星歯車は、はすば歯車で構成される、
　ショベル。
　前記第１旋回減速機の内歯歯車は、はすば内歯車で構成される、
　請求項１に記載のショベル。
　前記第１旋回減速機の出力軸に接続される第２旋回減速機を備え、
　前記第２旋回減速機は、遊星歯車機構で構成される、
　請求項１に記載のショベル。
　前記第２旋回減速機は、平歯車で構成される、
　請求項３に記載のショベル。
　前記第１旋回減速機を潤滑する潤滑油を前記第１旋回減速機の下部から前記第１旋回減速機の上部に循環させる循環路を備え、
　前記循環路を循環する前記潤滑油は、ブレーキが配置される空間を通る、
　請求項１に記載のショベル。
　前記第１旋回減速機の回転を制動するディスクブレーキを備え、
　前記ディスクブレーキのブレーキディスクは、前記第１旋回減速機の遊星キャリアに取り付けられ、
　前記潤滑油は、前記遊星キャリアに形成された孔を通り、前記ブレーキディスクの表面に沿って、半径方向内側から半径方向外側に流れる、
　請求項５に記載のショベル。