JPH11229437A - 建設機械の旋回装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エネルギ効率を悪化さることなく、バックラ
ッシに起因するギヤのガタツキを防止することのできる
建設機械の旋回装置を提供する。 【解決手段】 上部旋回体１に設けられた２組の油圧モ
ータ２,３に装着された２組のピニオンギヤ２Ｇ,３Ｇ
を、下部走行体４に設けられたリングギヤ５に噛合させ
る。これらの油圧モータ２,３は、絞り付きセンターバ
イパス８ａ,９ａを有する２組の切換弁８,９によって、
切換が所定量未満すなわち低速旋回指令時には互いに逆
方向のトルクを発生させ、切換が所定量以上すなわち高
速旋回指令時には同一方向のトルクを発生させるよう
に、その駆動が制御される。その結果、低速旋回時のバ
ックラッシを防止して正確な位置決め作業を行うことが
できるとともに、高速旋回時にエネルギ効率を悪化させ
ることもない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ピニオンギヤとリ
ングギヤとの噛合部におけるバックラッシの影響を考慮
した建設機械の旋回装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、油圧ショベルやクレーン等の建
設機械の旋回装置では、上部旋回体に設けた油圧モータ
の出力軸にピニオンギヤを装着し、このピニオンギヤを
下部走行体に設けたリングギヤと噛合し、油圧モータの
駆動によりピニオンギヤを回転させることで、ピニオン
ギヤがリングギヤに沿って周回し、下部走行体に対して
上部旋回体が旋回するようになっている。このとき、ピ
ニオンギヤとリングギヤとの間には通常バックラッシを
設けてギヤの噛み合いを円滑にしているが、ギヤの摩耗
などによりバックラッシが大きくなると旋回装置のギヤ
にガタツキが発生する。このガタツキによって、例えば
クレーンの旋回時にはフックに吊持された吊り荷の荷振
れが発生し、また、旋回停止時にはガタツキ分の停止位
置のずれが生じ旋回体の微小な位置決めが困難となる。

【０００３】このようなバックラッシに起因する問題を
解決するものとして、例えば特開平９−２５６４７号公
報には、図５に示すような旋回装置が開示されている。
これによると、上部旋回体に設けた容量の異なる２組の
油圧モータ２０,２１に減速機２２,２３を介して駆動用
ピニオンギヤ２４と反力用ピニオンギヤ２５をそれぞれ
装着し、これらのピニオンギヤ２４,２５を下部走行体
のリングギヤ２６に噛合する。そして、容量の大きい駆
動用油圧モータ２０の正転側への供給油路２７から容量
の小さい反力用油圧モータ２１の逆転側への供給油路２
８を分岐し、駆動用油圧モータ２０の逆転側への供給油
路２９から反力用油圧モータ２１の正転側への供給油路
３０を分岐する。このような油圧装置では、双方の油圧
モータ２０,２１は互いに逆トルクを発生させるが、駆
動用油圧モータ２０の駆動トルクの方が大きいので、反
力用ピニオンギヤ２５は駆動用ピニオンギヤ２４と同一
方向に回転させられる。このとき反力用ピニオンギヤ２
５は反力を生じており、これによってバックラッシによ
るギヤのガタツキを防止することができる。なお、３１
は油圧ポンプ、３２は制御弁である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た旋回装置では、反力用油圧モータ２１は常に旋回方向
とは逆方向のトルクを発生させるため、この分は損失と
なり、旋回時のエネルギ効率が悪化する。また、旋回
時、駆動用油圧モータ２０は、反力用油圧モータ２１の
逆トルクに対抗して上部旋回体を旋回させるためにより
大きな駆動トルクが必要となり、油圧モータ２０は大型
化してしまう。

【０００５】本発明の目的は、エネルギ効率が悪化した
りモータが大型化することなく、バックラッシュに起因
するギヤのガタツキを防止することのできる建設機械の
旋回装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】一実施の形態を示す図面
を参照して説明する。 （１） 請求項１の発明は、図１,２,４に示すように、
上部旋回体１に設けられた第１および第２の油圧モータ
２,３と、その第１および第２の油圧モータ２,３へ圧油
を供給する圧源Ｐ（４１,４２）と、第１および第２の
油圧モータ２,３の出力軸２ａ,３ａに装着された第１お
よび第２のピニオンギヤ２Ｇ,３Ｇと、この第１および
第２のピニオンギヤ２Ｇ,３Ｇに噛合され下部走行体４
に設けられたリングギヤ５とを備えた建設機械の旋回装
置に適用される。そして、中立時を含む正転側および逆
転側の所定の操作領域において、第１および第２の油圧
モータ２,３に互いに逆方向のトルクを発生させるとと
もに、所定の操作領域を超える正転側および逆転側の操
作領域において、第１および第２の油圧モータ２,３に
同一方向のトルクを発生させるように油圧源Ｐ（４１,
４２）から吐出される圧油を制御するモータ駆動制御手
段８,９（４１ａ,４２ａ,４４）を備えたことにより上
述した目的は達成される。 （２） 請求項２の発明は、図１,２に示すように、上
部旋回体１に設けられた第１および第２の油圧モータ
２,３と、その第１および第２の油圧モータ２,３へ圧油
を供給する油圧ポンプＰと、この油圧ポンプＰからの吐
出油の流れを制御して第１および第２の油圧モータ２,
３を駆動制御する制御弁８,９と、第１および第２の油
圧モータ２,３の出力軸２ａ,３ａに装着された第１およ
び第２のピニオンギヤ２Ｇ,３Ｇと、この第１および第
２のピニオンギヤ２Ｇ,３Ｇに噛合され下部走行体４に
設けられたリングギヤ５とを備えた建設機械の旋回装置
に適用される。そして、制御弁８,９を、中立時を含む
正転側および逆転側の所定の操作領域において、第１お
よび第２の油圧モータ２,３に互いに逆方向のトルクを
発生させるように圧油の流れを切り換えるとともに、所
定の操作領域を超える正転側および逆転側の操作領域に
おいて、第１および第２の油圧モータ２,３に同一方向
のトルクを発生させるように圧油の流れを切り換えるよ
うにしたことにより上述した目的は達成される。 （３） 請求項３の発明は、制御弁８,９を、第１の油
圧モータ２への圧油の流れを切り換える第１の切換弁８
および第２の油圧モータ３への圧油の流れを切り換える
第２の切換弁９からなるものとし、第１および第２の切
換弁８,９を同時に切換制御される一体構造としたもの
である。 （４） 請求項４の発明は、第１の切換弁８および第２
の切換弁９が、中立位置で出入口ポートが絞りを介して
連通される絞り付きセンターバイパス８ａ,９ａを有す
るものである。

【０００７】なお、本発明の構成を説明する上記課題を
解決するための手段の項では、本発明を分かり易くする
ために実施の形態の図を用いたが、これにより本発明が
実施の形態に限定されるものではない。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。 −第１の実施の形態− 図１は、本発明の実施の形態に係わる建設機械の旋回装
置を有するクレーンの側面図である。図１に示すよう
に、下部走行体４の上方には、旋回輪１８を介し旋回可
能とされた上部旋回体１が搭載されている。上部旋回体
１には２組の油圧モータ２,３が並設され、油圧モータ
２,３の出力軸２ａ,３ａにはそれぞれピニオンギヤ２
Ｇ,３Ｇが装着されて、これらピニオンギヤ２Ｇ,３Ｇは
下部走行体４に固設されたリングギヤ５に噛合されてい
る。油圧モータ２,３の回転によりピニオンギヤ２Ｇ,３
Ｇが駆動されると、ピニオンギヤ２Ｇ,３Ｇはリングギ
ヤ５に沿って周回し、下部走行体４に対して上部旋回体
１は旋回する。なお、第１の実施の形態では２組の油圧
モータ２,３は同一の容量である。

【０００９】図２は、第１の実施の形態に係わる建設機
械の旋回装置の油圧回路図である。図２に示すように、
エンジンＥで駆動される旋回用油圧ポンプＰは、管路
６,７を介して第１の切換弁８と第２の切換弁９の入口
側ポートの１つにそれぞれ接続されている。第１の切換
弁８と第２の切換弁９の入口側ポートの他の１つは、管
路１０,１１を介してタンクＴに接続されている。第１
の切換弁８および第２の切換弁９は、絞り付きのセンタ
ーバイパス８ａ,９ａを有する４ポート３位置切換弁で
あり、旋回レバー１２の右側への操作（以降プラス操作
と称す）に伴い（イ）位置に切り換えられ、旋回レバー
１２の左側への操作（以降マイナス操作と称す）に伴い
（ロ）位置に切り換えられるようになっている。第１の
切換弁８の出口側ポートは管路１３,１４を介して第１
の油圧モータ２に接続され、第２の切換弁９の出口側ポ
ートは管路１５,１６を介して第２の油圧モータ３に接
続されている。そして、油圧モータ２,３の出力軸２ａ,
３ａには、前述したように下部走行体４のリングギヤ５
と噛合するピニオンギヤ２Ｇ,３Ｇが装着されている。
なお、詳細は省略するが、油圧モータ２の出力軸２ａを
制動する油圧ブレーキ装置１７が設けられている。

【００１０】次に、第１の実施の形態に係わる建設機械
の旋回装置の動作について説明する。なお、以降の説明
においてはギヤ２Ｇ,３Ｇ,５の右回り（時計回り）の回
転を正転と称し、左回り（反時計回り）の回転を逆転と
称する。 （１）中立時 旋回レバー１２が非操作時すなわち中立時においては、
図２の油圧回路図に示したように、油圧ポンプＰから圧
送された圧油は、管路６,７を通過して第１の切換弁８
と第２の切換弁９にそれぞれ供給され、油圧モータ２,
３の上流側の管路１３,１５には切換弁８,９のセンター
バイパス８ａ,９ａの絞りの大きさに応じた圧油が供給
される。これによって、第１の油圧モータ２には時計回
りの駆動トルクが作用してピニオンギヤ２Ｇを正転させ
ようとし、第２の油圧モータ３には反時計回りの駆動ト
ルクが作用してピニオンギヤ３Ｇを逆転させようとす
る。この場合、油圧モータ８,９の駆動トルクの大きさ
は、油圧モータ８,９が同一の容量なのでそれぞれ等し
い。その結果、油圧モータ８,９の駆動トルクはバラン
スしてピニオンギヤ２Ｇ,３Ｇは互いに等しい反力を及
ぼすように作用し合うので、バックラッシによるギヤの
ガタツキを防止することができる。なお、圧油は切換弁
８,９のセンターバイパス８ａ,９ａを通過してタンクＴ
に戻される。

【００１１】図３は、旋回レバー１２の操作量と旋回ト
ルクとの関係を示した図である。図３において、原点０
より右側が旋回レバー１２のプラス操作,左側が旋回レ
バー１２のマイナス操作に対応し、原点０より上側が正
転方向の旋回トルク,下側が逆転方向の旋回トルクに対
応する。また、特性Ａ,Ｂは第１のモータ８および第２
のモータ９の旋回トルクをそれぞれ示し、特性Ａ,Ｂの
旋回トルクを加算したものが破線Ｃで示す上部旋回体１
の旋回トルクである。旋回レバーが中立時すなわち図３
のａ−ｂ間においては、上述したように、第１のモータ
８および第２のモータ９には互いに逆方向で大きさの等
しい駆動トルクがそれぞれ作用するので、上部旋回体３
の旋回トルクはゼロとなる。

【００１２】（２）正転時 旋回レバー１２が図２の矢印方向にプラス操作される
と、切換弁８,９は中立位置から（ロ）位置に向かって
除々に切り換えられ、ポンプＰからの圧油が管路１３,
１５に供給される。これによって、第１の油圧モータ２
の正転側のトルクが増加し、第２の油圧モータ３の逆転
側のトルクは減少して、第１の油圧モータ２の駆動トル
クの方が第２の油圧モータ３の駆動トルクよりも大きく
なり、上部旋回体１は正転する。ここで、低速旋回等を
行おうとして旋回レバー１２が図３のｂ−ｃ間に操作さ
れると、この範囲では第２の油圧モータ３には逆回転の
トルクが作用するのでピニオンギヤ３ａには旋回方向と
は逆方向の力が作用する。その結果、バックラッシによ
るガタツキは防止されることとなり、上部旋回体１は微
小速度で正転し精密性の高い旋回作業が可能となる。高
速旋回等を行おうとして旋回レバー１２がｃより大きく
操作されると、第１の油圧モータ２と第２の油圧モータ
３にはともに正転方向の駆動トルクが作用することとな
るので、上部旋回体１の旋回トルクは急激に増加し高速
旋回が可能となる。

【００１３】（３）逆転時 一方、上部旋回体１を逆転させようとして、旋回レバー
１２が中立状態からマイナス操作されると、切換弁８,
９は中立位置から（イ）位置に向かって除々に切り換え
られ、ポンプＰからの圧油が管路１４,１６に供給され
る。これによって、第１の油圧モータ２の正転側のトル
クが減少し、第２の油圧モータ３の逆転側のトルクは増
加して、第２の油圧モータ３の駆動トルクの方が第１の
油圧モータ１の駆動トルクよりも大きくなり、上部旋回
体１は逆転する。そして、旋回レバー１２の操作量が図
３のｄ−ａ間では、ｂ−ｃ間と同様、バックラッシによ
るガタツキが防止された状態で上部旋回体１は逆転する
こととなり、旋回レバー１２の操作量がｄ以降では、大
きな旋回トルクによって上部旋回体１は逆転することと
なる。

【００１４】このように第１の実施の形態によると、油
圧ポンプＰと２組の油圧モータ２，３の間にセンターバ
イパス８ａ，９ａを有する切換弁８,９を設け、切換弁
８,９の中立時および微小な切換時には油圧モータ２,３
に互いに逆トルクが作用するようにしたので、バックラ
ッシによるギヤのガタツキを防止することができる。そ
の結果、クレーンの旋回作業などにおいて、荷振れもな
く高精度な位置決めをすることができるとともに、風な
どの影響によって停止位置がずれることもない。また、
切換弁８,９を所定量以上切り換えることで、油圧モー
タ２,３のトルクは互いに同一方向に作用するようにし
たので、エネルギ効率を悪化することなく小型モータに
よっても容易に高速旋回させることができる。

【００１５】−第２の実施の形態− 以下では、第１の実施の形態との相違点を主に説明す
る。図４は、第２の実施の形態に係わる建設機械の旋回
装置の油圧回路図であり、図２と同一の箇所には同一の
符号を付す。図４に示すように、各油圧モータ２,３は
両傾転可変油圧ポンプ４１,４２にそれぞれ接続され、
油圧ポンプ４１,４２の傾転角を制御するレギュレータ
４１ａ,４２ａとポテンショメータなどの操作量検出器
４３ａを有する旋回用操作レバー４３とは、コントロー
ラ４４に接続されている。コントローラ４４には図３に
示したような操作レバー４３の操作量に対応する各モー
タ２,３の駆動トルクの特性Ａ,Ｂが予め記憶されてい
る。操作レバー４３が操作され、操作量検出器４３ａか
らの検出信号がコントローラ４４に入力されると、モー
タ２,３を図３の特性に制御するために必要なポンプ４
１,４２の吐出量および吐出方向が演算されて、レギュ
レータ４１ａ,４２ａに制御信号が出力される。これに
よって、第１の実施の形態と同様、エネルギ効率が悪化
したりモータが大型化することなく、バックラッシによ
るギヤのガタツキを防止することができる。

【００１６】なお、上記実施の形態において、旋回レバ
ー１２の操作量と旋回トルクとの関係である図３の特性
は一例であって、切換弁８,９のスプール等の設定やコ
ントローラ４４の設定を変更することにより図３の特性
は任意なものにすることができる。また、切換弁８,９
をパイロット圧によってその位置が切り換えられるパイ
ロット切換弁とし、この切換弁に旋回レバー１２の操作
量に応じたパイロット圧が供給されるように構成しても
よい。さらに、第１の切換弁８と第２の切換弁９は一体
構造あるいは別体構造のいずれでもよく、その形状には
種々のものが考えられる。

【００１７】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、操作レバーなどの操作領域の大きさに応じて油圧
モータの駆動トルクを制御するようにし、操作領域が所
定域未満で第１および第２の油圧モータに互いに逆方向
のトルクを発生させ、操作領域が所定域を超えると同一
方向のトルクを発生させるようにしたので、操作領域が
小さい例えば低速旋回時のバックラッシを防止して正確
な位置決め作業を行うことができるとともに、操作領域
が大きい例えば高速旋回時のエネルギ効率を悪化させる
こともない。また、とくに請求項３の発明によれば、第
１および第２の油圧モータへの圧油の流れを切り換える
切換弁を一体構造としたので、オペレータの単一の操作
によって切換弁が切換制御され作業時の切換操作性が向
上する。さらに請求項４の発明によれば、中立位置で出
入口ポートが絞りを介して連通される絞り付きセンター
バイパスを有する切換弁を設けるようにしたので、簡易
な構成によってバックラッシに起因するギヤのガタツキ
を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態に係わる旋回装置を有するクロー
ラクレーンの側面図。

【図２】第１の実施の形態に係わる建設機械の旋回装置
の油圧回路図。

【図３】実施の形態に係わる建設機械の旋回装置の旋回
レバーの操作量と旋回トルクとの関係を示した図。

【図４】第２の実施の形態に係わる建設機械の旋回装置
の油圧回路図。

【図５】従来の技術に係わる建設機械の旋回装置の油圧
回路図。

【符号の説明】

２ 第１の油圧モータ ３ 第２の油圧モータ ２ａ,３ａ 出力軸 ２Ｇ,３Ｇ ピニオンギヤ ５ リングギヤ ８ 第１の切換弁 ９ 第２の切換弁 ８ａ,９ａ センターバイパス ４１,４２ 両傾転可変油圧ポンプ Ｐ 油圧ポンプ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上部旋回体に設けられた第１および第２
   の油圧モータと、 該第１および第２の油圧モータへ圧油を供給する油圧源
   と、 前記第１および第２の油圧モータの出力軸に装着された
   第１および第２のピニオンギヤと、 該第１および第２のピニオンギヤに噛合され下部走行体
   に設けられたリングギヤとを備えた建設機械の旋回装置
   において、 中立時を含む正転側および逆転側の所定の操作領域にお
   いて、前記第１および第２の油圧モータに互いに逆方向
   のトルクを発生させるとともに、前記所定の操作領域を
   超える正転側および逆転側の操作領域において、前記第
   １および第２の油圧モータに同一方向のトルクを発生さ
   せるように前記油圧源から吐出される圧油を制御するモ
   ータ駆動制御手段を備えたことを特徴とする建設機械の
   旋回装置。
2. 【請求項２】 上部旋回体に設けられた第１および第２
   の油圧モータと、 該第１および第２の油圧モータへ圧油を供給する油圧ポ
   ンプと、 該油圧ポンプからの吐出油の流れを制御して前記第１お
   よび第２の油圧モータを駆動制御する制御弁と、 前記第１および第２の油圧モータの出力軸に装着された
   第１および第２のピニオンギヤと、 該第１および第２のピニオンギヤに噛合され下部走行体
   に設けられたリングギヤとを備えた建設機械の旋回装置
   において、 前記制御弁は、中立時を含む正転側および逆転側の所定
   の操作領域において、前記第１および第２の油圧モータ
   に互いに逆方向のトルクを発生させるように圧油の流れ
   を切り換えるとともに、前記所定の操作領域を超える正
   転側および逆転側の操作領域において、前記第１および
   第２の油圧モータに同一方向のトルクを発生させるよう
   に圧油の流れを切り換えるようにしたことを特徴とする
   建設機械の旋回装置。
3. 【請求項３】 前記制御弁は、前記第１の油圧モータへ
   の圧油の流れを切り換える第１の切換弁および前記第２
   の油圧モータへの圧油の流れを切り換える第２の切換弁
   からなり、前記第１および第２の切換弁は同時に切換制
   御される一体構造であることを特徴とする請求項２に記
   載の建設機械の旋回装置。
4. 【請求項４】 前記第１の切換弁および前記第２の切換
   弁は、中立位置で出入口ポートが絞りを介して連通され
   る絞り付きセンターバイパスを有することを特徴とする
   請求項２または３に記載の建設機械の旋回装置。