特許 6119355 建設機械の駆動装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6119355

(24)【登録日】2017年4月7日

(45)【発行日】2017年4月26日

(54)【発明の名称】建設機械の駆動装置

(51)【国際特許分類】

   E02F 9/12 20060101AFI20170417BHJP

   F16H 1/32 20060101ALI20170417BHJP

   F16D 55/10 20060101ALI20170417BHJP

   F16D 65/14 20060101ALI20170417BHJP

   F16D 65/84 20060101ALI20170417BHJP

   F16D 65/18 20060101ALI20170417BHJP

【ＦＩ】

   E02F9/12 B

   F16H1/32 Z

   F16D55/10 A

   F16D65/14

   F16D65/84

   F16D65/18

【請求項の数】3

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2013-62016(P2013-62016)

(22)【出願日】2013年3月25日

(65)【公開番号】特開2014-185475(P2014-185475A)

(43)【公開日】2014年10月2日

【審査請求日】2015年11月16日

(73)【特許権者】

【識別番号】000246273

【氏名又は名称】コベルコ建機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100067828

【弁理士】

【氏名又は名称】小谷 悦司

(74)【代理人】

【識別番号】100115381

【弁理士】

【氏名又は名称】小谷 昌崇

(74)【代理人】

【識別番号】100109058

【弁理士】

【氏名又は名称】村松 敏郎

(72)【発明者】

【氏名】寺内 謙一

【審査官】 大熊 靖夫

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−２４７４２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／１３７６４７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１０−２０９６３７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｅ０２Ｆ ９／００−９／１８，９／２４−９／２８

Ｆ１６Ｄ １２１／０６

Ｆ１５Ｂ １１／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

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被駆動部に減速して伝達する減速機と、上記減速機の回転軸に制動力を付与するブレーキ機構と、上記減速機内に設けられて当該減速機の冷却／暖機を行う熱交換器を備え、上記ブレーキ機構は、ブレーキピストンと、このブレーキピストンの押圧力により互いに圧接してブレーキ力を発揮する回転側及び固定側両ブレーキ板と、上記ブレーキピストンをブレーキ作動方向に押圧するブレーキバネと、モータ回転時に作動油が導入されて上記ブレーキピストンをブレーキ解除方向に押圧するブレーキ解除圧を発生させる圧力室を備え、かつ、上記ブレーキ機構の圧力室にブレーキ解除のための作動油を供給する作動油供給管路が設けられ、この作動油供給管路に、上記モータの回転／停止に応じて上記圧力室に対する作動油の供給／停止を切換えるブレーキ切換弁が設けられた建設機械の駆動装置において、上記圧力室に供給される作動油を上記ブレーキ切換弁よりも下流側で分流させて上記熱交換器経由でタンクに戻すことにより上記減速機の冷却／暖機を行う冷却／暖機回路を設け、この冷却／暖機回路に、上記圧力室を上記ブレーキ解除圧に保持する圧力保持弁を設けたことを特徴とする建設機械の駆動装置。

【請求項2】

上記圧力保持弁として、作動油の流量を絞ることによって上記ブレーキ解除圧を発生させる絞りを設けたことを特徴とする請求項１記載の建設機械の駆動装置。

【請求項3】

上記絞りを、上記冷却／暖機回路のうち上記熱交換器の入口側に設けたことを特徴とする請求項２記載の建設機械の駆動装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は油圧ショベルやハイブリッドショベル等の建設機械において、たとえば旋回駆動装置の減速機を冷却し、または暖める冷却／暖機システムを備えた駆動装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

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。

【0003】

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。

【0004】

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。

【0005】

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。

【0006】

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を設けて構成され、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。

【0007】

また、特許文献１に示されるように、減速機内にブレーキ機構(ネガティブ式のパーキングブレーキ)が設けられる場合がある。

【0008】

このブレーキ機構は、ブレーキピストンと、ブレーキバネと、圧力室と、回転側及び固定側両ブレーキ板を備え、モータ(旋回)停止時にブレーキバネのバネ力でブレーキピストンを押して両ブレーキ板を圧接させることにより減速機の回転軸に制動力を付与し、旋回作動時に油圧ポンプからの作動油を圧力室に導入してブレーキピストンを反対方向に押すことによりブレーキ力を解除するように構成される。

【0009】

このブレーキ機構には、油圧ポンプポンプ及びタンクと圧力室とを結ぶブレーキ回路が接続され、このブレーキ回路に、旋回レバーの操作に連動して作動油の給排を制御するブレーキ切換弁が設けられる。

【0010】

一方、減速機の減速機ハウジング内には潤滑油が封入され、減速部の潤滑作用が行われる。

【0011】

ここで、運転中、減速機が発熱し、これによって潤滑油も高温化するため、潤滑油を含めた減速機を冷却する冷却システムが採用されている。

【0012】

なお、冷却システムは、低温下では減速機を暖める暖機システムとしても機能するため、実際上は冷却／暖機システムとなる。

【0013】

この冷却／暖機システムとして、特許文献１に示されているように減速機ケーシングに媒体通路を設け、水、油等の冷却／暖機媒体をこの媒体通路に流して潤滑油を含めた減速機全体を外周から冷却／暖機する技術が公知である。

【0014】

また、特許文献２に示されているように、熱交換器を潤滑油中に浸して設け、この熱交換器に媒体を通す技術も公知である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0015】

【特許文献1】特許第４５０４８９９号

【特許文献2】特開２０１２−１１２１２２号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0016】

公知技術によると、エンジン運転中、媒体が常時流れ、旋回駆動装置の冷却／暖機の必要のないとき(旋回停止時)も稼働し続けるため、エネルギーロスとなる。

【0017】

また、媒体を循環させるための専用の油圧ポンプ、タンク及び配管を、一から追加しなければならないため、大幅なコストアップとなるとともに配管スペースを含めた余分なスペースが必要となる。

【0018】

なお、上記エネルギーロスを回避するためには、温度管理して、必要時、すなわち旋回作動時にのみ媒体を流すシステムとすればよいが、こうすると温度管理のためのコントローラと専用の切換弁を追加しなければならないため、さらなるコストアップと追加設備のためのスペース増加を招く。

【0019】

そこで本発明は、必要時にのみ冷却／暖機作用を働かせてエネルギーロスを防ぎ、しかも追加設備を最小限に少なくできるとともに温度管理のための設備が不要な建設機械の駆動装置を提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0020】

上記課題を解決する手段として、本発明においては、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被駆動部に減速して伝達する減速機と、上記減速機の回転軸に制動力を付与するブレーキ機構と、上記減速機内に設けられて当該減速機の冷却／暖機を行う熱交換器を備え、上記ブレーキ機構は、ブレーキピストンと、このブレーキピストンの押圧力により互いに圧接してブレーキ力を発揮する回転側及び固定側両ブレーキ板と、上記ブレーキピストンをブレーキ作動方向に押圧するブレーキバネと、モータ回転時に作動油が導入されて上記ブレーキピストンをブレーキ解除方向に押圧するブレーキ解除圧を発生させる圧力室を備え、かつ、上記ブレーキ機構の圧力室にブレーキ解除のための作動油を供給する作動油供給管路が設けられ、この作動油供給管路に、上記モータの回転／停止に応じて上記圧力室に対する作動油の供給／停止を切換えるブレーキ切換弁が設けられた建設機械の駆動装置において、上記圧力室に供給される作動油を上記ブレーキ切換弁よりも下流側で分流させて上記熱交換器経由でタンクに戻すことにより上記減速機の冷却／暖機を行う冷却／暖機回路を設け、この冷却／暖機回路に、上記圧力室を上記ブレーキ解除圧に保持する圧力保持弁を設けたものである。

【0021】

この構成によると、旋回作動時にブレーキ機構の圧力室にブレーキ解除のための作動油が導入されるとともに、この作動油が冷却／暖機回路に分流し、減速機内に設けられた熱交換器を通ってタンクに戻るため、潤滑油を含めた減速機を冷却／暖機することができる。

【0022】

すなわち、ブレーキ機構とそのための油圧ポンプ及びタンク、切換弁を利用して冷却／暖機システムが構成される。

【0023】

この場合、作動油は旋回作動時のみに供給されて循環し、旋回停止時には供給も循環もしないため、いいかえれば冷却／暖機作用は、冷却／暖機の必要がある旋回作動時にのみ働き、それ以外の、旋回駆動装置の冷却／暖機が必要でない運転時(アイドリング時、走行時、旋回を伴わないアタッチメント作業時)には働かないため、エネルギーの無駄遣いを回避し、省エネルギーとなる。

【0024】

また、圧力保持弁によって圧力室の圧力をブレーキ解除圧に保持できるため、ブレーキ機構に本来必要なブレーキ性能を確保することができる。

【0025】

さらに、温度管理の必要がないため、温度管理のための設備も制御も不要となり、追加設備は圧力室とタンクとを結ぶ戻り管路と圧力保持弁のみでよいため、専用のポンプ及びタンクが不要となることを含めて追加設備を必要最小限に少なくし、コストアップ及び必要スペースの増加を抑えることができる。

【0026】

本発明において、上記圧力保持弁として、上記作動油の流量を絞ることによって上記ブレーキ解除圧を発生させる絞りを設けるのが望ましい(請求項２，３)。

【0027】

この構成によれば、圧力保持弁としての絞りにより、作動油の温度が低いときは油粘度が高くて通過流量(循環流量)が減少する。すなわち、潤滑油も減速機も低温で冷却の必要がなく、むしろ暖機するのが望ましい状況では冷却性能が自然に低下するため、速やかに暖機することができる。

【0028】

この場合、上記絞りを、上記冷却／暖機回路のうち上記熱交換器の入口側に設けるのが望ましい(請求項３)。

【0029】

こうすれば、圧力室の圧力をブレーキ解除圧に保持しながら、熱交換器内は低圧に保つことができるため、熱交換器の耐圧仕様を必要以上に高くする必要がない。

【発明の効果】

【0030】

本発明によると、必要時にのみ冷却／暖機作用を働かせてエネルギーロスを防ぎ、しかも追加設備を最小限に少なくできるとともに温度管理のための設備を不要とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1】本発明の実施形態にかかる前記駆動装置の回路構成図である。

【図2】従来の旋回駆動装置の回路構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0032】

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。

【0033】

図１に実施形態の、図２に従来のそれぞれ旋回駆動装置の回路構成を示す。

【0034】

まず、これらの共通部分を説明する。

【0035】

両装置は、旋回用の油圧モータ１を含む旋回モータ回路２と、油圧モータ１の回転力を減速して被駆動部である上部旋回体(図示しない)に伝達する減速機３とによって構成される。

【0036】

旋回モータ回路２は、旋回用の油圧ポンプ(以下、旋回ポンプという)４と、この旋回ポンプ４とモータ１とを結ぶ両側管路５，６と、図示しないリモコン弁により操作されてモータ１に対する油の給排を制御するコントロールバルブ７と、ブレーキ弁としての一対のリリーフ弁８，９と、キャビテーション防止用の一対のチェック弁１０，１１とから成っている。１２は戻り管路、１３は戻り管路１２に設けられたオイルクーラである。

【0037】

減速機３は、一〜複数段の遊星歯車式減速部(図では一段のみを示す)１４を備え、内部に潤滑油が封入されている。

【0038】

減速部１４は、サン、プラネタリ、リングの各ギヤＳ，Ｐ，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、減速機出力軸１５、ピニオン１６及びこれと噛み合う旋回歯車(図示しない)を介して被駆動部であるアッパーフレーム(上部旋回体)に伝達される。

【0039】

この減速機３内に、上部旋回体を停止保持するためのネガティブ式のブレーキ機構１７が設けられている。

【0040】

このブレーキ機構１７は、ブレーキバネ１８と、このブレーキバネ１８によって下向きに押圧されるブレーキピストン１９と、旋回作動時に作動油が導入される圧力室２０と、ブレーキピストン１９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固定側両ブレーキ板２１，２２から成り、旋回作動時に、圧力室２０に作動油が導入されてブレーキ解除圧が立つ。これによりブレーキピストン１９が上昇してブレーキ解除される。

【0041】

一方、旋回停止時に、ブレーキ解除圧がタンクＴに抜けるとともに、ブレーキバネ１８のバネ力によるブレーキピストン１９の押し付け力により両側ブレーキ板２１，２２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上部旋回体を停止保持する。

【0042】

また、旋回作動時に圧力室２０に作動油を導入するための油圧ブレーキ回路が設けられている。

【0043】

この油圧ブレーキ回路は、旋回ポンプ４ととともにエンジン２３によって駆動されるブレーキ解除用の油圧ポンプ２４と、この油圧ポンプ２４及びタンクＴと圧力室２０とを結ぶ作動油供給管路２５と、この作動油供給管路２５に設けられたブレーキ切換弁２６によって構成される。

【0044】

ブレーキ切換弁２６は、旋回操作レバーの操作／非操作に基づくコントローラ(図示しない)からの信号によって作動油供給位置イとタンク位置ロの間まで切換わる電磁切換弁として構成され、旋回作動時には作動油供給位置イに、旋回停止時にはタンク位置ロにそれぞれセットされる。

【0045】

上記作動油供給位置イでは、油圧ポンプ２４から吐出された作動油が圧力室２０に供給され、ブレーキ解除圧が立つことによりブレーキピストン１９が上昇してブレーキ解除され、タンク位置ロでは圧力室２０の作動油がタンクＴに抜けてブレーキピストン１９がバネ力で下降し、ブレーキ作動状態となる。

【0046】

さらに、減速機３内に、潤滑油を含めた減速機３を冷却／暖機するための熱交換器２７が設けられている。

【0047】

この熱交換器２７は、独立した扁平な箱体や螺旋管等として減速機３のケーシング内に組み込んでもよいし、減速機ケーシングの周壁一部に媒体通路を設けて構成してもよい。

【0048】

ここで、図２に示す従来装置(たとえば特許文献１，２記載の公知技術)においては、水、油等の媒体を専用のポンプによって熱交換器２７を通る経路で循環させる冷却／暖機回路を独立して構成し、エンジン運転中、常に媒体を熱交換器２７に流す構成がとられている。

【0049】

このため、前記のように、旋回駆動装置の冷却／暖機の必要のないとき(旋回停止時)も稼働し続けるため、エネルギーロスとなる等の問題が生じていた。

【0050】

これに対し、図１に示す実施形態装置においては、旋回作動時にブレーキ機構１７の圧力室２０に供給される作動油を分流させ、熱交換器２７経由でタンクに戻す冷却／暖機回路２８を設けている。

【0051】

すなわち、油圧ブレーキ回路を構成する作動油供給管路２５におけるブレーキ切換弁２６よりも下流側に冷却／暖機用の作動油導入管路２９を分岐接続し、この作動油導入管路２９を熱交換器２７の入口に接続するとともに、熱交換器２７の出口をタンク管路３０によってモータ回路２の戻り管路１２(タンクＴ)に接続している。

【0052】

また、作動油導入管路２９(冷却／暖機回路２８における熱交換器２７の入口側)に圧力保持弁としての絞り(絞り弁と同義)３１を設け、作動油の流量をこの絞り３１で絞ることによって圧力室２０をブレーキ解除圧に保持するように構成している。

【0053】

この構成によると、旋回作動時にブレーキ機構１７の圧力室２０にブレーキ解除のための作動油が導入されるとともに、この作動油が冷却／暖機回路２８に分流し、熱交換器２７を通ってタンクＴに戻ることにより、潤滑油を含めた減速機３を冷却または暖機する。

【0054】

すなわち、旋回作動時(とくに高負荷での旋回作動時)のように潤滑油及び減速機３の温度が作動油温度よりも高い状況では冷却機能が働き、低温下での始動直後や非旋回作業時のように潤滑油や減速機３の温度が作動油温度よりも低い状況では暖機機能が働く。

【0055】

こうして、ブレーキ機構１７とそのための油圧ポンプ２４及びタンクＴ、ブレーキ切換弁２６を利用した冷却／暖機システムが構成される。

【0056】

この場合、作動油は、ブレーキ切換弁２６の切換わり作動により旋回作動時のみに供給されて循環し、旋回停止時には供給も循環もしないため、いいかえれば冷却／暖機作用は、冷却／暖機の必要がある旋回作動時にのみ働き、それ以外の、旋回駆動装置の冷却／暖機が必要でない運転時(アイドリング時、走行時、旋回を伴わないアタッチメント作業時)には働かないため、エネルギーの無駄遣いを回避し、省エネルギーとなる。

【0057】

また、絞り３１によって圧力室２０の圧力をブレーキ解除圧に保持できるため、ブレーキ機構１７に本来必要なブレーキ性能を確保することができる。

【0058】

さらに、温度管理の必要がないため、温度管理のための設備も制御も不要となり、追加設備は分岐させた作動油導入管路２９とタンク管路３０と絞り３１のみでよいため、専用のポンプ及びタンクが不要となることを含めて追加設備を必要最小限に少なくし、コストアップ及び必要スペースの増加を抑えることができる。

【0059】

この場合、圧力保持弁として絞り３１を用いているため、作動油の温度が低い(粘度が高い)ときは通過流量(循環流量)が減少する。すなわち、潤滑油も減速機３も低温で冷却の必要がなく、むしろ暖機するのが望ましい状況では冷却性能が自然に低下するため、速やかに暖機することができる。

【0060】

しかも、絞り３１を、冷却／暖機回路２８のうち熱交換器２７の入口側に設けているため、圧力室２０の圧力をブレーキ解除圧に保持しながら、熱交換器２７内は低圧に保つことができるため、熱交換器２７の耐圧仕様を必要以上に高くする必要がない。

【0061】

他の実施形態
(１) 圧力保持弁は、基本的には圧力室２０にブレーキ解除圧を確保できる弁であればよく、上記実施形態で挙げた絞り３１に限らず、リリーフ弁(安全弁)等の他の圧力制御弁を用いてもよい。

【0062】

(２) 本発明は、ショベルの旋回駆動装置に限らず、他の旋回式建設機械の旋回駆動装置、及び旋回駆動装置以外のブレーキ機構付きの駆動装置で冷却／暖機機能を要するものに広く適用することができる。

【符号の説明】

【0063】

１ 旋回用の油圧モータ
３ 減速機
４ 旋回用の油圧ポンプ
１７ ブレーキ機構
１８ ブレーキバネ
１９ ブレーキピストン
２０ 圧力室
２１，２２ ブレーキ板
２４ ブレーキ解除用の油圧ポンプ
２５ 作動油供給管路
２６ ブレーキ切換弁
２７ 熱交換器
２８ 冷却／暖機回路
２９ 作動油導入管路
３０ タンク管路
３１ 圧力保持弁としての絞り
Ｔ タンク

【図1】

【図2】