建設機械用旋回機構の出力軸支持構造

【課題】コンパクトで負荷容量の高い自動調心ころ軸受を有する建設機械用旋回機構の出力軸支持構造を提供する。
【解決手段】建設機械用旋回機構１１は、出力軸１３と、出力軸１３を回転自在に支持する自動調心ころ軸受２１とを備える。自動調心ころ軸受２１は、内輪と、外輪と、内輪および外輪の間に複列に配置された複数の球面ころと、隣接する球面ころの間隔を保持する保持器とを備える。保持器は、一対のリング部と、一対のリング部の間に位置する柱部と、柱部の端部領域に球面ころの抜け止め部とを有し、射出成型によって製造される樹脂製保持器である。そして、抜け止め部は、球面ころのピッチ円の上側に位置して、球面ころの長さ方向端部の径方向外側への移動を規制する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、建設機械、例えば、油圧ショベルの上部旋回体を下部走行体に対して旋回自在に支持する旋回機構の出力軸支持構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の油圧ショベル１０１は、例えば、図１２に示すように、キャタピラ１０２ａを有する下部走行体１０２と、運転室１０３ａを含む上部旋回体１０３と、上部旋回体１０３を下部走行体１０２に対して旋回自在に支持する旋回機構１０４と、一端が上部旋回体１０３に連結され、他端に掘削バケット１０５ａを有するアーム１０５とを備える。
【０００３】
旋回機構１０４は、図１３に示すように、駆動力を発生させるモータ（図示せず）と、出力軸１０６と、モータの回転を減速して出力軸１０６に伝達する減速機構（図示せず）と、出力軸１０６を回転自在に支持する自動調心ころ軸受１０７と、出力軸１０６の先端に取り付けられて、下部走行体１０２に設けられたラック（図示せず）とかみ合うピニオン１０６ａとを備える。
【０００４】
出力軸１０６にはモータの回転が減速して伝達されるので、比較的低速で高トルクの回転となる。また、ピニオン１０６ａとラックとの噛み合いによってラジアル方向の荷重が負荷される。したがって、このような出力軸１０６を支持する軸受１０７には、負荷容量が高く低速回転に適した軸受が使用される。
【０００５】
そこで、この旋回機構１０４の出力軸１０６を支持する自動調心ころ軸受１０７には、例えば、特開２００２−２１１９５号公報（特許文献１）に記載されたような自動調心ころ軸受が使用される。同公報に記載された自動調心ころ軸受１０７は、図１４に示すように、内輪１０８と、外輪１０９と、内輪１０８および外輪１０９の間に複列に配置された複数の球面ころ１１０と、複数の球面ころ１１０の間隔を保持する保持器１１１とを備える。
【０００６】
保持器１１１は、図１５に示すように、リング部とリング部の端面から突出する柱部１１１ａとを有し、隣接する柱部１１１ａの間に球面ころ１１０を収容するポケット１１１ｂを有する。柱部１１１ａは、球面ころ１１０のピッチ円を跨いで径方向に延在し、球面ころ１１０の径方向への抜け止めおよび隣接する球面ころ１１０の間隔を一定に保つ機能を有する。
【０００７】
上記構成の自動調心ころ軸受１０７は、他の軸受と比較して定格荷重が高く、また、歯車の噛み合いによって生じる回転軸の撓みに対して調心性を有しているので、このような場所に使用する軸受として好適である。
【特許文献１】特開２００２−２１１９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
近年、油圧ショベル１０１の高出力化およびコンパクト化の要求が高まっている。旋回機構１０４のモータを高出力化した場合、自動調心ころ軸受１０７に負荷される荷重が増大する。これにより、従来の自動調心ころ軸受１０７では、負荷容量不足による軸受寿命の低下や、出力軸１０６の撓みによって球面ころ１１０の端部と内輪１０８および外輪１０９の軌道面との間に生じるエッジ応力の増大が問題となる。なお、この問題は、油圧ショベル１０１を高出力化した場合に留まらず、従来と荷重条件の同じ自動調心ころ軸受１０７をコンパクト化しようとする場合、上下軸受間距離を狭くする場合にも生じ得る。
【０００９】
高荷重に対応する最も簡単な方法は、自動調心ころ軸受１０７を大型化することであるが、油圧ショベル１０１のコンパクト化の観点から自動調心ころ軸受１０７を大型化することは適切ではない。
【００１０】
そこで、自動調心ころ軸受１０７の軸受サイズを維持したまま、定格荷重を向上させることが望まれる。自動調心ころ軸受１０７の定格荷重を向上させる方法としては、内輪１０８および外輪１０９の間に配置する球面ころ１１０の本数を増加させるか、ころ径を大きくすることが考えられる。
【００１１】
しかし、例えば、ころ本数を増加させる場合、自動調心ころ軸受１０７の球面ころ１１０の左右には保持器１１１の柱部１１１ａが配置されており、柱部１１１ａの強度確保の観点から柱部１１１ａの太さを一定値以上にする必要がある。その結果、隣接する球面ころ１１０の間隔を小さくして収容可能な球面ころ１１０の本数を増やすことは困難であった。
【００１２】
そこで、この発明の目的は、コンパクトで負荷容量の高い自動調心ころ軸受を有する建設機械用旋回機構の出力軸支持構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明に係る建設機械用旋回機構の出力軸支持構造は、上部旋回体を下部走行体に対して旋回自在に支持する旋回機構の出力軸と、出力軸を回転自在に支持する自動調心ころ軸受とを備える。自動調心ころ軸受に注目すると、内輪と、外輪と、内輪および外輪の間に配置された複数の球面ころと、一対のリング部、一対のリング部の間に位置する柱部、および球面ころの脱落を防止する抜け止め部を有する樹脂製保持器とを備える。そして、球面ころの長さ方向中央部に対面する柱部の中央領域は、球面ころのピッチ円の下側に位置し、抜け止め部は、球面ころのピッチ円の上側に位置し、球面ころの転動面に当接してこの球面ころの径方向への移動を規制する。また、抜け止め部は、球面ころの長さ方向端部に対面する柱部の端部領域に設けられている。
【００１４】
隣接する球面ころの間隔はピッチ円上で最小となるので、ころ径が最大となる長さ方向中央部で柱部をピッチ円から外れた領域に配置することにより、隣接する球面ころの間隔を小さくすることができる。その結果、より多くの球面ころを収容することが可能となるので、自動調心ころ軸受の定格荷重が向上する。そして、このような自動調心ころ軸受を旋回機構の出力軸を支持する軸受に採用することにより、コンパクトで耐荷重性に優れた建設機械用旋回機構の出力軸支持構造を得ることができる。
【００１５】
好ましくは、一対のリング部のうちの少なくとも一方は、その外径面が複数の球面ころのころ中心より外側に位置する。軸受組立て時の球面ころの傾きを有効に抑制できるので、軸受の取扱いが容易となる。
【００１６】
この発明の他の局面に係る建設機械用旋回機構の出力軸支持構造は、上部旋回体を下部走行体に対して旋回自在に支持する旋回機構の出力軸と、出力軸を回転自在に支持する自動調心ころ軸受とを備える。自動調心ころ軸受に注目すると、内輪と、外輪と、内輪および外輪の間に配置された複数の球面ころと、複数の球面ころの間隔を保持する保持器とを備える。そして、保持器は、複数の球面ころの端面に対面するリング部と、隣接する球面ころの間に位置し、リング部の内側面から軸方向に突出する突出部とを有し、突出部の突出長さをＡとし、リング部の内側面から球面ころの最大径部分に至るまでの軸方向長さをＢとしたとき、Ａ＜Ｂの関係が成立する。
【００１７】
上記構成の保持器は、突出部の先端が、隣接する球面ころの間隔が最小となる最大径部に対面する位置まで達しないので、隣接する球面ころの間隔を小さくすることができる。その結果、より多くの球面ころを収容することが可能となるので、軸受サイズを維持したまま定格荷重を向上した自動調心ころ軸受を得ることができる。そして、このような自動調心ころ軸受を旋回機構の出力軸を支持する軸受に採用することにより、コンパクトで耐荷重性に優れた建設機械用旋回機構の出力軸支持構造を得ることができる。なお、本明細書中「リング部の内側面」とは、リング部の球面ころと対面する端面を指すものとする。
【００１８】
好ましくは、保持器は、隣接する突出部の間に、球面ころの一方側端部を受け入れる凹部を有する。上記構成の保持器は、リング部の端面に設けられた複数の凹部が隣接する球面ころの間隔を一定に保つ機能に加え、球面ころの脱落を防止する機能を有する。これにより、球面ころの円滑な回転を維持すると共に、球面ころの脱落を防止することができる。
【００１９】
さらに好ましくは、保持器は球面ころの両端に配置される。このように、球面ころの両端に保持器を配置することにより、さらに効果的に球面ころの円滑な回転を維持することができる。
【００２０】
好ましくは、保持器は内輪の小鍔部の内側に係合する係合部を有する。これにより、特に、保持器を球面ころの両端に独立して配置した場合でも、軸受回転時に保持器が脱落するのを防止することができる。
【発明の効果】
【００２１】
この発明によれば、収容可能な球面ころの本数を増加させることにより、軸受サイズを維持したまま自動調心ころ軸受の定格荷重を向上することができる。そして、このような自動調心ころ軸受を旋回機構の出力軸を支持する軸受に採用することにより、コンパクトで耐荷重性に優れた建設機械用旋回機構の出力軸支持構造を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図１〜図６を参照して、この発明の一実施形態に係る建設機械用旋回機構の出力軸支持構造を説明する。図１は、この発明の一実施形態に係る建設機械用旋回機構を示す図であって、図２は、図１に示す建設機械用旋回機構の出力軸を支持する自動調心ころ軸受を示す図、図３〜図６は、図２に示す自動調心ころ軸受に使用する保持器を示す図である。
【００２３】
図１を参照して、建設機械用旋回機構１１は、駆動力を発生させるモータ（図示せず）に連結された入力軸１２と、出力軸１３と、入力軸１２の回転を減速して出力軸１３に伝達する減速機構１４と、出力軸１３を回転自在に支持する自動調心ころ軸受２１と、出力軸１３の先端に設けられたピニオン１６とを備える。
【００２４】
減速機構１４は、入力軸１２に固定連結された太陽歯車１７と、太陽歯車１７と同軸上に固定された内歯車（図示せず）と、太陽歯車１７と内歯車とに噛み合う複数の遊星歯車１８と、遊星歯車１８各々に設けられた遊星キャリア軸１９と、全ての遊星キャリア軸１９と出力軸１３とに連結され、遊星歯車１８の公転運動を出力軸１３に伝達する遊星キャリア２０とを備える遊星歯車減速機である。
【００２５】
この減速機構１４は、モータの回転に伴って入力軸１２に固定連結された太陽歯車１７が自転する。このとき、遊星歯車１８は、太陽歯車１７と内歯車との間で太陽歯車１７の自転運動とは逆向きに自転し、太陽歯車１７の自転運動と同じ向きに公転する。そして、遊星キャリア２０は、遊星キャリア軸１９を介して遊星歯車１８の公転運動を出力軸１３に伝達する。この減速機構１４の減速比は、太陽歯車１７の歯数をｎ_１、内歯車の歯数をｎ_２とすると、ｎ_１／ｎ_２で表される。
【００２６】
上記構成の建設機械用旋回機構１１は、油圧ショベル等の建設機械の下部走行体と上部旋回体の間に配置され、モータの回転に伴ってピニオン１６が下部走行体に設けられた旋回輪上を移動することにより、上部旋回体を下部走行体に対して旋回自在に支持する。
【００２７】
図２を参照して、出力軸１３を支持する自動調心ころ軸受２１は、内輪２２と、外輪２３と、内輪２２および外輪２３の間に複列に配置された複数の球面ころ２４と、隣接する球面ころ２４の間隔を保持する保持器２５とを備える。また、内輪２２の外径面には複列の軌道面が形成され、外輪２３の内径面には軸受中心を曲率中心とする球面の軌道面が形成されている。
【００２８】
図３を参照して、保持器２５は、一対のリング部２５ａおよび２５ｂと、一対のリング部２５ａ，２５ｂの間に位置する柱部２５ｃと、柱部２５ｃのリング部２５ａ側の端部領域に位置し、球面ころ２４の長さ方向端部の径方向外側への移動を規制する抜け止め部２５ｄとを有し、射出成型によって製造される樹脂製保持器である。
【００２９】
次に、図４は、図３のＩＶ−ＩＶにおける断面図である。図４を参照して、リング部２５ａ近傍の柱部２５ｃは、球面ころ２４のピッチ円を跨いで径方向に延在し、球面ころ２４に対向する壁面は球面ころ２４の転動面に沿う曲面形状である。球面ころ２４のピッチ円より上側の開口端の開口幅ｗ_１は、球面ころ２４のころ径ｗ_２より小さく設定されており、球面ころ２４の径方向外側への移動を規制する。また、球面ころ２４のピッチ円より下側の開口端の開口幅ｗ_３も球面ころ２４のころ径ｗ_２より小さく設定されており、球面ころ２４の径方向内側への移動を規制する。
【００３０】
次に、図５は、図３のＶ−Ｖにおける断面図である。図５を参照して、ポケットの長さ方向中央部に位置する柱部２５ｃは、球面ころ２４のピッチ円の下側に位置し、球面ころ２４に対向する端面は球面ころ２４の転動面に沿う曲面形状である。また、ポケット内部に突出した凸部（図３の斜線部）によって、ポケットの開口幅ｗ_３を球面ころ２４のころ径ｗ_２より小さく設定することにより、球面ころ２４の径方向内側への移動を規制する。
【００３１】
次に、図６は、図３のＶＩ−ＶＩにおける断面図である。図６を参照して、リング部２５ａの外径面は、球面ころ２４のころ中心よりも外側に位置しており、リング部２５ｂの外径面は、球面ころ２４のころ中心よりも内側に位置している。
【００３２】
上記構成の自動調心ころ軸受２１において、隣接する球面ころ２４の間隔はピッチ円上で最小となる。そこで、柱部２５ｃをピッチ円から外れた領域に配置することにより、隣接する球面ころ２４の間隔を小さくすることができる。その結果、より多くの球面ころ２４を収容することが可能となるので、軸受サイズを維持したまま定格荷重の向上した自動調心ころ軸受２１を得ることができる。
【００３３】
また、上記構成の保持器２５は、リング部２５ｂの側に球面ころ２４の径方向への移動を規制する手段を有していないので、軸受組立て時に球面ころ２４とリング部２５ａの外径面との当接部分を基点として球面ころ２４が傾く可能性がある。そこで、図６に示すように、リング部２５ｂの外径面を球面ころ２４のころ中心より外側に配置することにより、軸受組立て時の球面ころの傾きを有効に抑制できるので、軸受の組立てが容易となる。
【００３４】
上記の実施形態においては、リング部２５ａの側にのみ抜け止め部２５ｄを設けた例を示したが、これに限ることなく、リング部２５ｂの側にも抜け止め部を設けてもよい。
【００３５】
また、抜け止め部２５ｄは柱部２５ｃの一部とした例を示したが、これに限ることなく、柱部から離れた位置、例えば、球面ころ２４の端面に対面するリング部２５ａ，２５ｂの壁面から突出する凸部であって、球面ころ２４の転動面に当接して球面ころ２４の径方向の移動を規制するものであってもよい。
【００３６】
次に、図７〜図１１を参照して、図１に示す建設機械用旋回機構の出力軸支持構造１１に使用する自動調心ころ軸受の他の実施例を説明する。なお、図７は、この発明の他の実施形態に係る自動調心ころ軸受であって、図８〜図１１は、図７に示す自動調心ころ軸受に使用する保持器を示す図である。
【００３７】
図７を参照して、自動調心ころ軸受３１は、両端に小鍔部３２ａを有する内輪３２と、外輪３３と、内輪３２および外輪３３の間に複列に配置された複数の球面ころ３４と、複数の球面ころ３４の間隔を保持する保持器３５および３６とを備える。なお、保持器３５および３６は、それぞれ独立して回転するので、自動調心ころ軸受３１の両端部に配置される保持器３６には、脱落を防止するために内輪３２の小鍔部３２ａの内側に係合する係合部３６ａを設ける。
【００３８】
図８および図９を参照して、保持器３５は、複数の球面ころ３４の端面に対面するリング部３５ａと、隣接する球面ころ３４の間に位置し、リング部３５ａの内側面から軸方向に突出する突出部３５ｃと、隣接する突出部３５ｃの間に、球面ころ３４の一方側端部を受け入れる凹部３５ｂとを有する。そして、突出部３５ｃの突出長さをＡとし、リング部３５ａの内側面から球面ころ３４の最大径部分に至るまでの軸方向長さをＢとしたとき、Ａ＜Ｂの関係が成立するように設定されている。また、この保持器３５は、銅合金等により形成された円筒状の材料の端面に切削加工によって凹部３５ｂを形成する揉み抜き保持器である。なお、保持器３６も同様の構造である。
【００３９】
さらに、図１０を参照して、保持器３５の突出部３５ｂは、球面ころ３４のピッチ円を跨いで径方向に延在し、球面ころ３４の転動面に対向する壁面は、球面ころ３４の転動面に沿う曲面形状である。この突出部３５ｂは、球面ころ３４の転動面に当接してその回転を案内すると共に、球面ころ３４の径方向外側および径方向内側への抜けを防止する。また、図１１に示す保持器３６も同様である。
【００４０】
上記構成の自動調心ころ軸受３１は、保持器３５，３６が一対となって構成され、保持器３５，３６の突出部の先端が球面ころ３４の最大径部に対面する位置に達しないので、隣接する球面ころ３４の間隔を小さくすることができる。その結果、より多くの球面ころ３４を収容することが可能となるので、軸受サイズを維持したまま定格荷重を向上した自動調心ころ軸受３１を得ることができる。
【００４１】
図８に示した保持器として、揉み抜き保持器の例を示したが、これに限ることなく、射出成型による樹脂保持器にも適用可能である。
【００４２】
上記の各実施形態に係る自動調心ころ軸受２１，３１を建設機械用旋回機構の出力軸を支持する軸受として使用することにより、軸受回転時の摩擦および発熱を低減し、大気中へのＣＯ_２の排出を削減可能な建設機械を得ることができる。
【００４３】
以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
この発明は、建設機械用の旋回機構の出力軸支持構造に有利に利用される。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】この発明の一実施形態に係る建設機械用旋回機構の出力軸支持構造を示す図である。
【図２】図１に示す出力軸を支持する自動調心ころ軸受の一例を示す図である。
【図３】図２に示す自動調心ころ軸受に使用される保持器を径方向から見た図である。
【図４】図３に示す保持器のＩＶ−ＩＶにおける断面図である。
【図５】図３に示す保持器のＶ−Ｖにおける断面図である。
【図６】図３に示す保持器のＶＩ−ＶＩにおける断面図である。
【図７】図１に示す出力軸を支持する自動調心ころ軸受の他の例を示す図である。
【図８】図７に示す自動調心ころ軸受に使用される保持器を軸方向から見た図である。
【図９】図７に示す自動調心ころ軸受に使用される保持器を径方向から見た図である。
【図１０】図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩにおける断面図である。
【図１１】図７のＩＸ−ＩＸにおける断面図である。
【図１２】建設機械としての油圧ショベルの概略図である。
【図１３】従来の建設機械用旋回機構の出力軸支持構造を示す図である。
【図１４】図１３に示す出力軸を支持する従来の自動調心ころ軸受を示す図である。
【図１５】図１４に示す自動調心ころ軸受のＸＶ−ＸＶにおける断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１１建設機械用旋回機構の出力軸支持構造、１２入力軸、１３出力軸、１４減速機構、１６，１０６ａピニオン、１７太陽歯車、１８遊星歯車、１９遊星キャリア軸、２０遊星キャリア、２１，３１，１０７自動調心ころ軸受、２２，３２，１０８内輪、３２ａ小鍔部、２３，３３，１０９外輪、２４，３４，１１０球面ころ、２５，３５，３６，１１１保持器、２５ａ，２５ｂ，３５ａリング部、２５ｃ，１１１ａ柱部、２５ｄ抜け止め部、３５ｂ凹部、３５ｃ突出部、３６ａ系合部、１１１ｂポケット、１０１油圧ショベル、１０２下部走行体、１０２ａキャタピラ、１０３上部旋回体、１０３ａ運転室、１０４旋回機構、１０５アーム、１０５ａ掘削バケット、１０６出力軸。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部旋回体を下部走行体に対して旋回自在に支持する旋回機構の出力軸と、
前記出力軸を回転自在に支持する自動調心ころ軸受とを備える、建設機械用旋回機構の出力軸支持構造であって、
前記自動調心ころ軸受は、内輪と、外輪と、前記内輪および前記外輪の間に配置された複数の球面ころと、一対のリング部、前記一対のリング部の間に位置する柱部、および前記球面ころの脱落を防止する抜け止め部を有する樹脂製保持器とを備え、前記球面ころの長さ方向中央部に対面する前記柱部の中央領域は、前記球面ころのピッチ円の下側に位置し、前記抜け止め部は、前記球面ころのピッチ円の上側に位置し、前記球面ころの転動面に当接してこの球面ころの径方向への移動を規制する、建設機械用旋回機構の出力軸支持構造。
【請求項２】
前記抜け止め部は、前記球面ころの長さ方向端部に対面する前記柱部の端部領域に設けられている、請求項１に記載の建設機械用旋回機構の出力軸支持構造。
【請求項３】
前記一対のリング部のうちの少なくとも一方は、その外径面が前記複数の球面ころのころ中心より外側に位置する、請求項１または２に記載の建設機械用旋回機構の出力軸支持構造。
【請求項４】
上部旋回体を下部走行体に対して旋回自在に支持する旋回機構の出力軸と、
前記出力軸を回転自在に支持する自動調心ころ軸受とを備える、建設機械用旋回機構の出力軸支持構造であって、
前記自動調心ころ軸受は、内輪と、外輪と、前記内輪および前記外輪の間に配置された複数の球面ころと、前記複数の球面ころの間隔を保持する保持器とを備え、前記保持器は、前記複数の球面ころの端面に対面するリング部と、隣接する球面ころの間に位置し、前記リング部の内側面から軸方向に突出する突出部とを有し、前記突出部の突出長さをＡとし、前記リング部の内側面から前記球面ころの最大径部分に至るまでの軸方向長さをＢとしたとき、Ａ＜Ｂの関係が成立する、建設機械用旋回機構の出力軸支持構造。
【請求項５】
前記保持器は、隣接する前記突出部の間に、前記球面ころの一方側端部を受け入れる凹部を有する、請求項４に記載の建設機械用旋回機構の出力軸支持構造。
【請求項６】
前記保持器は、前記球面ころの両端に配置される、請求項４または５に記載の建設機械用旋回機構の出力軸支持構造。
【請求項７】
前記保持器は、前記内輪の小鍔部の内側に係合する係合部を有する、請求項４〜６のいずれかに記載の建設機械用旋回機構の出力軸支持構造。

【図１】