(57)【要約】【課題】旋回余剰エネルギを機械的に回収して利用できる発熱ロスの少ない旋回型作業機械を提供する。【解決手段】  旋回モータ31の駆動軸32に渦巻ばね35を回動自在に嵌合し、この渦巻ばね35の外周部を、連結体36を介し旋回軸受24の外輪24oに連結し、この渦巻ばね35の内周部を、連結体37を介しクラッチプレート38に連結する。駆動軸32と渦巻ばね35との間にクラッチ装置41を設ける。このクラッチ装置41は、コントローラ42からの電気信号で励磁するソレノイド43により軸方向に動かすとともに駆動軸32と一体的に回動する可動クラッチプレート44と、前記渦巻ばね35側に取付けたクラッチプレート38とにより、駆動軸32と渦巻ばね35との接続および切断が可能である。【選択図】図１
2008045317.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部走行体と、
下部走行体に対し旋回軸受を介し旋回可能な上部旋回体と、
上部旋回体に設けられた作業装置と、
下部走行体と上部旋回体との間に設けられ上部旋回体の旋回減速時に力を蓄えるとともに旋回加速時に蓄えた力を放出するスプリングと
を具備したことを特徴とする旋回型作業機械。
【請求項２】
スプリングは、
下部走行体に対し上部旋回体を旋回駆動する駆動軸に装着された渦巻ばねである
ことを特徴とする請求項１記載の旋回型作業機械。
【請求項３】
駆動軸と渦巻ばねとの間に設けられたクラッチ装置
を具備したことを特徴とする請求項２記載の旋回型作業機械。
【請求項４】
スプリングは、
下部走行体の旋回軸受内に装着され一端側を下部走行体に連結され他端側を上部旋回体に連結可能な渦巻ばねである
ことを特徴とする請求項１記載の旋回型作業機械。
【請求項５】
上部旋回体と渦巻ばねとの間に設けられたクラッチ装置
を具備したことを特徴とする請求項４記載の旋回型作業機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、旋回エネルギを回収できる旋回型作業機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の油圧ショベルでは、上部旋回体の旋回動作によって与えられた回転エネルギは、目標位置で停止させる時に、旋回モータからの戻り油を旋回リリーフ弁またはコントロール弁の旋回スプールにより絞り、熱エネルギに変換し、棄てられている。
【０００３】
このように、旋回を停止させる場合には、油圧回路の旋回リリーフ弁またはコントロール弁を絞り、その絞り部分で負荷圧を熱エネルギに変換して外部へ放出するので、効率が悪い。
【０００４】
一方、旋回モータを停止させるときに発生する油圧をアキュムレータで回収して蓄圧し、次の旋回動作で、このアキュムレータに蓄圧された油圧を利用する旋回モータ制御回路がある（例えば、特許文献１、２参照）。
【特許文献１】特開２００４‐１２５０９４号公報（第４‐５頁、図１）
【特許文献２】実開昭６１‐１１６８５６号公報（第１頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
アキュムレータにより旋回エネルギを回収する従来技術は、アキュムレータに出入りする油にも熱が発生しやすく、発熱ロスが大きい。また、油の管理などのメンテナンスが必要になる。
【０００６】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、旋回余剰エネルギを機械的に回収して利用できる発熱ロスの少ない旋回型作業機械を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載された発明は、下部走行体と、下部走行体に対し旋回軸受を介し旋回可能な上部旋回体と、上部旋回体に設けられた作業装置と、下部走行体と上部旋回体との間に設けられ上部旋回体の旋回減速時に力を蓄えるとともに旋回加速時に蓄えた力を放出するスプリングとを具備した旋回型作業機械である。
【０００８】
請求項２に記載された発明は、請求項１記載の旋回型作業機械におけるスプリングとして、下部走行体に対し上部旋回体を旋回駆動する駆動軸に渦巻ばねを装着したものである。
【０００９】
請求項３に記載された発明は、請求項２記載の旋回型作業機械において、駆動軸と渦巻ばねとの間に設けられたクラッチ装置を具備したものである。
【００１０】
請求項４に記載された発明は、請求項１記載の旋回型作業機械におけるスプリングとして、下部走行体の旋回軸受内に、一端側を下部走行体に連結され他端側を上部旋回体に連結可能な渦巻ばねを装着したものである。
【００１１】
請求項５に記載された発明は、請求項４記載の旋回型作業機械において、上部旋回体と渦巻ばねとの間に設けられたクラッチ装置を具備したものである。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に記載された発明によれば、下部走行体と上部旋回体との間に設けられたスプリングにより、上部旋回体の旋回減速時に力を蓄えるとともに旋回加速時に蓄えた力を放出するので、旋回余剰エネルギをスプリングで機械的に回収して利用でき、油の発熱ロスが生じない分、旋回余剰エネルギを効率良く回収して利用できる。
【００１３】
請求項２に記載された発明によれば、上部旋回体を旋回駆動する駆動軸にスプリングとしての渦巻ばねを装着するので、スプリング装着スペースをコンパクトにできる。
【００１４】
請求項３に記載された発明によれば、駆動軸と渦巻ばねとの間に設けられたクラッチ装置により、駆動軸と渦巻ばねとの間の連結を開放して、渦巻ばねが中立状態にある位置を容易に設定できるとともに、渦巻ばねを用いたくない作業モードにも対応できる。
【００１５】
請求項４に記載された発明によれば、下部走行体の旋回軸受内に、一端側を下部走行体に連結され他端側を上部旋回体に連結可能な渦巻ばねを装着したので、大蓄力容量を有する大型の渦巻ばねが装着可能となる。
【００１６】
請求項５に記載された発明によれば、上部旋回体と渦巻ばねとの間に設けられたクラッチ装置により、上部旋回体と渦巻ばねとの間の連結を開放して、渦巻ばねが中立状態にある位置を容易に設定できるとともに、渦巻ばねを用いたくない作業モードにも対応できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を、図１に示された第１実施の形態および図２に示された第２実施の形態を参照しながら詳細に説明する。図３は、両方の実施の形態に共通の作業機械である。
【００１８】
図３に示されるように、旋回型作業機械としての油圧ショベル10は、下部走行体11に対し上部旋回体12が旋回軸受24を介し旋回可能に設けられ、この上部旋回体12にはキャブ13および作業装置14などが設けられている。
【００１９】
図１は、旋回駆動用の旋回減速機21の第１実施の形態を示し、下部走行体11のボディ11bに、ボルト22およびスペーサ23により旋回軸受24の内輪24iが固定され、この内輪24iの外周側に玉24bを介して外輪24oが回転自在に係合され、この旋回軸受24の外輪24oに、取付ネジ25およびナット26，27により上部旋回体12の旋回フレーム12fが一体に取付けられている。
【００２０】
旋回フレーム12fには、旋回モータ31の本体部が固定され、この旋回モータ31の駆動軸32は旋回フレーム12fを通して旋回軸受24の内輪24i内まで突出され、この駆動軸32の先端部に一体的に嵌着された小径の駆動歯車33が、旋回軸受24の内輪24iの内周面に形成された内歯歯車34に噛合されている。
【００２１】
旋回モータ31の駆動軸32にはスプリングとしての渦巻ばね35が回動自在に嵌合され、この渦巻ばね35の外周部は、連結体36を介し旋回軸受24の外輪24oに連結され、この渦巻ばね35の内周部は、連結体37を介しクラッチプレート38に連結されている。
【００２２】
駆動軸32と渦巻ばね35との間にはクラッチ装置41が設けられている。このクラッチ装置41は、コントローラ42からの電気信号で励磁されるソレノイド43により軸方向に動かされるとともに駆動軸32と一体的に回動される可動クラッチプレート44と、前記渦巻ばね35側に取付けられたクラッチプレート38とにより、駆動軸32と渦巻ばね35との接続および切断が可能である。
【００２３】
要するに、下部走行体11に対し上部旋回体12を旋回駆動する旋回減速機21の駆動軸32に、クラッチ接続状態で、上部旋回体12の旋回減速時に力を蓄えるとともに旋回加速時に蓄えた力を放出する渦巻ばね35が装着され、クラッチ装置41は、必要に応じてクラッチ接続と切断が可能なようにコントローラ42からの電気信号でコントロールされる。
【００２４】
次に、この実施の形態の作用を説明する。
【００２５】
図３に示された油圧ショベル10の掘削位置P1とトラック積込み位置P3との間を旋回動作する９０°掘削積込み作業において、掘削位置P1とトラック積込み位置P3との間の中立位置P2で渦巻ばね35が中立（自然長）の状態となるように、クラッチ装置41を使い初期状態として設定する。
【００２６】
先ず、中立位置P2から掘削位置P1への移動は、旋回モータ31の動力により行い、同時にこの動力は渦巻ばね35に保存される。掘削位置P1での掘削中は、旋回モータ31の保持圧により位置が保持されている。
【００２７】
次に、掘削作業を終え、トラック積込み位置P3へ旋回する右旋回動作では、渦巻ばね35に保存されたエネルギにより右旋回の加速を行い、中立位置P2からトラック積込み位置P3ではバネ抵抗力により旋回は減速される。これと同時に旋回エネルギは渦巻ばね35に保存される。
【００２８】
すなわち、この右旋回時の区間Ａでは、渦巻ばね35の復元力により上部旋回体12を加速するとともに、渦巻ばね35に蓄えられたエネルギを放出し、また、区間Ｂでは、渦巻ばね35が変形する抵抗力により上部旋回体12を減速するとともに、この旋回減速時に渦巻ばね35にエネルギを蓄積する。
【００２９】
一方、トラック積込み位置P3で排土を終えた後、左旋回により掘削位置P1に戻る左旋回動作では、渦巻ばね35に保存されていたエネルギにより区間Ｂの旋回加速を行ない、区間Ａでの減速時に旋回エネルギが渦巻ばね35に保存される。
【００３０】
このように、掘削位置P1〜トラック積込み位置P3間を往復動する旋回作業において、与えられた旋回エネルギは、減速時に渦巻ばね35に一時保存され、次の加速時に使用されるため、エネルギが油圧などの圧力損失の形で外部への放熱などによって棄てられることが少なくなり、エネルギの損失を低減することができる。
【００３１】
また、これ以外の作業においては、クラッチ装置41の可動クラッチプレート44をクラッチプレート38から切離すことにより、駆動軸32から渦巻ばね35への動力伝達を切断し、すなわち駆動軸32と渦巻ばね35との間の連結を開放し、従来の旋回作業を行う。
【００３２】
次に、この実施の形態の効果を説明する。
【００３３】
下部走行体11と上部旋回体12との間に設けられた渦巻ばね35により、上部旋回体12の旋回減速時に力を蓄えるとともに旋回加速時に蓄えた力を放出するので、旋回余剰エネルギを渦巻ばね35で機械的に回収して利用でき、アキュムレータのような油圧抵抗による発熱ロスが生じない分、旋回余剰エネルギを効率良く回収して利用できる。
【００３４】
上部旋回体12を旋回駆動する駆動軸32にスプリングとしての渦巻ばね35を装着するので、スプリング装着スペースをコンパクトにできる。
【００３５】
駆動軸32と渦巻ばね35との間に設けられたクラッチ装置41により、駆動軸32と渦巻ばね35との間の連結を開放して、渦巻ばね35が中立状態にある中立位置を容易に設定できるとともに、渦巻ばね35を用いたくない作業モードにも対応できる。
【００３６】
次に、図２に示された旋回減速機21の第２実施の形態を説明する。
【００３７】
下部走行体11のボディ11bに、ボルト22により旋回軸受24の内輪24iが固定され、この内輪24iの外周側に玉24bを介して外輪24oが回転自在に係合され、この旋回軸受24の外輪24oは、取付ネジ25およびナット27により上部旋回体12の旋回フレーム12fに一体に取付けられている。
【００３８】
旋回フレーム12fには、旋回モータ31の本体部が固定され、この旋回モータ31の駆動軸32は旋回フレーム12fを通して旋回軸受24の内輪24i内まで突出され、この駆動軸32の先端部に一体的に嵌着された小径の駆動歯車33が、旋回軸受24の内輪24iの内周面に形成された内歯歯車34に噛合されている。
【００３９】
下部走行体11の旋回軸受24内にはスプリングとしての渦巻ばね35が同心状に配置され、下部走行体11のボディ11b上に連結体36を介し渦巻ばね35の一端側（外周側）が連結され、渦巻ばね35の他端側（内周側）には、連結体37を介しクラッチプレート38が一体的に取付けられている。
【００４０】
上部旋回体12と渦巻ばね35との間にはクラッチ装置41が設けられ、このクラッチ装置41を介して、渦巻ばね35の他端側のクラッチプレート38が上部旋回体12に連結可能となっている。このクラッチ装置41は、コントローラ（図示せず）からの電気信号で励磁されるソレノイド43により軸方向に動かされる可動クラッチプレート44と、前記渦巻ばね35側に取付けられたクラッチプレート38とにより、上部旋回体12と渦巻ばね35との接続および切断が可能である。
【００４１】
要するに、下部走行体11に対し上部旋回体12を旋回駆動する旋回減速機21内に、クラッチ接続状態で、上部旋回体12の旋回減速時に力を蓄えるとともに旋回加速時に蓄えた力を放出する渦巻ばね35が装着され、クラッチ装置41は、必要に応じてクラッチ接続と切断が可能なようにコントローラからの電気信号でコントロールされる。
【００４２】
そして、図３に示された油圧ショベル10の掘削位置P1とトラック積込み位置P3との間を旋回動作する９０°掘削積込み作業において、クラッチ接続状態で、上部旋回体12の旋回減速時に渦巻ばね35に力を蓄え、旋回加速時に渦巻ばね35に蓄えた力を放出することを繰り返す。なお、図３に示された油圧ショベル10の作業内容と関連する詳細な作用効果は、第１実施の形態において説明したので、ここでは省略する。
【００４３】
この第２実施の形態によれば、下部走行体11の旋回軸受24内に、一端側を下部走行体11に連結され他端側を上部旋回体12に連結可能な渦巻ばね35を装着したので、大蓄力容量を有する大型の渦巻ばね35が装着可能となる。
【００４４】
上部旋回体12と渦巻ばね35との間に設けられたクラッチ装置41により、上部旋回体12と渦巻ばね35との間の連結を開放して、渦巻ばね35が中立状態にある位置を容易に設定できるとともに、渦巻ばね35を用いたくない作業モードにも対応できる。
【００４５】
なお、スプリングとしては、下部走行体11と上部旋回体12との間にコイルスプリング、トーションスプリングなどを用いることも可能である。
【００４６】
本発明は、油圧ショベルなどの旋回型作業機械に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明に係る旋回型作業機械における旋回減速機の第１実施の形態を示す断面図である。
【図２】同上旋回減速機の第２実施の形態を示す断面図である。
【図３】同上旋回型作業機械の平面図である。
【符号の説明】
【００４８】
10    旋回型作業機械としての油圧ショベル
11    下部走行体
12    上部旋回体
14    作業装置
24    旋回軸受
32    駆動軸
35    スプリングとしての渦巻ばね
41    クラッチ装置
【図１】
2008045317.tif 000003
【図２】
2008045317.tif 000004
【図３】
2008045317.tif 000005