JP2001200554A

JP2001200554A - バケットツースのボルト締結構造

Info

Publication number: JP2001200554A
Application number: JP2000011166A
Authority: JP
Inventors: Masaharu Amano; 昌春天野; Kazuhide Okawa; 和英大川
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2000-01-20
Filing date: 2000-01-20
Publication date: 2001-07-27

Abstract

(57)【要約】【課題】稼動中のボルト緩みを防止することができる
バケットツースを提供する。【解決手段】バケットリップ５に締結ボルト７を介し
て装着されるバケットツース６において、締結ボルト７
の座面１０をボルト貫入方向に先窄まり状のテーパ面も
しくは球状曲面に形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、建設機械類のバケ
ットに装着されて主として土砂の掘削もしくは積み込み
作業に用いられるバケットツースのボルト締結構造に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、建設機械類に用いられているバケ
ットツースとしては、バケット側に固設されるアダプタ
ーに嵌合させてピン等によって締結するタイプのものが
最も一般的である。また、バケットに対しボルトを用い
て直接締結するタイプのバケットツースも知られてい
る。

【０００３】この後者のタイプのバケットツースとし
て、図１３（ａ１）（ａ２）〜（ｄ１）（ｄ２）に例示
されるものがある。これらバケットツース５０Ａ，５０
Ｂ，５０Ｃ，５０Ｄは、複数個のボルト孔５１を有する
基端部に対して先端部側が段付き状に形成されるか、あ
るいは基端部が二股状に形成され、段付き部の内側箇所
もしくは二股部の内側空間が図示されないバケットリッ
プの先端部にあてがわれてボルト締結によりバケットリ
ップに固着される。

【０００４】ボルト締結タイプの他の例としては、図１
４（ａ）（ｂ）に示されるように、フラットバー形状
で、一端側と他端側の両方に先端刃部６１を有し、中央
部に２個のボルト孔６２，６２を有する形状のバケット
ツース６０がある。このバケットツース６０は、一端側
の先端刃部６１が摩耗して限界まで短くなると、反転し
て他端側の先端刃部６１を使用するようにされ、１本の
バケットツースで２回分の使用ができるようにされてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記各
従来例のボルト締結構造では、稼動中にバケットツース
に振動もしくは衝撃等が加わると、締結ボルトに緩みが
生じ易くなるという問題点があった。

【０００６】本発明は、このような問題点を解消するた
めになされたもので、ボルト締結により装着されるバケ
ットツースにおいて、稼動中のボルト緩みを確実に防止
できるようにすることを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段および作用・効果】本発明
は、バケットツースをバケットリップに取り付けている
締結ボルトの緩みの直接的な原因が稼動中におけるボル
トの軸力低下にあることに鑑み、この軸力低下を防止す
る有効な手段を見出すことによりなされたものである。
すなわち、第１発明によるバケットツースのボルト締結
構造は、バケットリップにボルトを介して装着されるバ
ケットツースのボルト締結構造であって、前記ボルトの
座面をボルト貫入方向に先窄まり状のテーパ面に形成す
ることを特徴とするものである。

【０００８】本発明によれば、バケットツースの締結用
のボルト座面を、掘削時にそのバケットツースに作用す
る荷重（掘削力）の方向に交差する方向、望ましくは荷
重の方向にほぼ垂直な方向にすることができるので、ボ
ルトの軸力を保持する面積が大きくなり、ボルト座面が
バケットツースに作用する力を最も効果的に、言い換え
ればその力を均一に受け止めることができ、これにより
座面に局部的なへたりが生じにくくなって、ボルトの軸
力低下を防止することができ、この結果ボルトが緩むの
を確実に防止することができる。

【０００９】次に、第２発明は、前記第１発明におい
て、前記テーパ面の角度をボルト孔中心線に対して２０
°〜４５°の範囲に設定したものである。このテーパ面
の角度（座面角度）が大き過ぎる場合あるいは小さ過ぎ
る場合には、掘削力（負荷）のせん断成分が座面に作用
することになり、負荷が作用する毎に座面に微小な滑り
を生じ、へたりを大きくする原因となる。また、特にこ
の座面角度が小さ過ぎる場合には、ボルト頭部の高さが
バケットツースの厚みから制限されて座面径が小さくな
り軸力低下を招いてしまう。こうして、座面角度とボル
トの軸力低下率との関係を調査した結果、座面角度を２
０°〜４５°の範囲内に設定すれば、軸力低下率を許容
範囲内に収めることができ、より好ましくは３０°とす
るのが良い。

【００１０】次に、第３発明によるバケットツースのボ
ルト締結構造は、バケットリップにボルトを介して装着
されるバケットツースのボルト締結構造であって、前記
ボルトの座面をボルト貫入方向に先窄まり状の球状曲面
に形成することを特徴とするものである。

【００１１】本発明によれば、掘削時にバケットツース
に作用する荷重（掘削力）をボルト座面の接線方向にほ
ぼ垂直な方向に向けることができるので、ボルト座面全
体でその荷重を受け止めることができ、これにより座面
に局部的なへたりが生じにくくなって、ボルトの軸力低
下を防止することができ、前記第１発明と同様、ボルト
が緩むのを確実に防止することができる。

【００１２】第４発明は、前記第１発明〜第３発明のい
ずれかにおいて、前記バケットリップもしくはバケット
ツースのいずれかにタップ立てをなし、他の側から挿入
されるボルトによってそれら両者を締結するようにした
ものである。このようにしたものでは、ねじ部の長さを
長くすることができるので、ボルトが緩みにくくなると
いう効果がある。また、荷重支持箇所がボルト頭部のみ
となるので、軸力低下の原因となる座面のへたり箇所が
減り、これによってもボルトが緩みにくくなる。

【００１３】また、第５発明は、前記第１発明〜第３発
明のいずれかにおいて、前記バケットリップもしくはバ
ケットツースのいずれかの側から挿入されるボルトの先
端部を他の側においてナットに螺合させることによって
それら両者を締結するようにしたものである。このよう
にしたものでは、ボルトを貫入する孔の中心軸がずれて
いても、その軸ずれによって片当たりが発生しないの
で、ボルトが緩みにくくなる。また、ボルトの胴部を長
くすることができるので、ボルトに作用する繰り返し荷
重を小さくすることができ、ボルトが疲労破壊しにくく
なるという利点がある。

【００１４】

【発明の実施の形態】次に、本発明によるバケットツー
スのボルト締結構造の具体的な実施の形態について、図
面を参照しつつ説明する。

【００１５】（第１実施例）図１には、本発明の第１実
施例に係るバケットの斜視図が示され、図２には、この
バケットに装着されたバケットツースの断面図（ａ）お
よび平面図（ｂ）がそれぞれ示されている。また、図３
には、本実施例のバケットツースにおけるボルト孔（座
面形状）の拡大断面図が示され、図４（ａ）（ｂ）に
は、本実施例のボルト締結構造の断面図が示されてい
る。

【００１６】本実施例において、油圧ショベル等の建設
機械に装着されるバケット１は、底板２と、左右の側板
３，４と、前部に設けられるバケットリップ（以下、
「リップ」という。）５とを備え、このリップ５の前端
縁部に複数個（本実施例では４個）のバケットツース６
が締結ボルト７によって取り付けられて構成されてい
る。

【００１７】各バケットツース６は、板金製（例えば材
質がＪＩＳＳＮＣＭ６３０）で全体としてフラットバ
ー形状とされ、リップ５に面しない側の両端部が面取り
されてなり、中央部に２個のボルト孔８，９が形成され
て左右対称かつ上下対称形状に構成されている。このバ
ケットツース６は、素材としての厚板からガス切断、レ
ーザ切断、プラズマ切断等の適当な方法にてツース形状
に切断された後、機械加工にてボルト孔加工が施されて
作製される。なお、このバケットツース６はボルト孔
８，９を中心に基端側と先端側とが対称形状とされてい
るので、一方側のツース先端部が摩耗により消失した際
には、反転して反対側のツース先端部を再使用すること
ができ、摩耗寿命を長くすることができ、かつ歩留まり
を良好にすることができる。

【００１８】図３に示されるように、前記バケットツー
ス６に穿設されるボルト孔８（ボルト孔９についても同
様）は、締結ボルト７の座面１０がボルト貫入方向に先
窄まり状のテーパ面になるように形成されている。これ
に対して、このボルト孔８に貫入される締結ボルト７
は、図４に示されるように、前記テーパ状の座面１０に
沿う形状のテーパ状頭部７ａを有する形状とされてい
る。ここで、ボルト孔８（９）の座面角度αは、本実施
例においては３０°に設定されている。

【００１９】このような構成において、バケットツース
６をリップ５に固定するには、リップ５側にタップ立て
がなされるとともに、このリップ５のタップ孔にバケッ
トツース６のボルト孔８（９）を重ね合わせてそのボル
ト孔８（９）に締結ボルト７を貫入させ、この締結ボル
ト７の先端部をタップ孔に螺合することによりそれら両
者が締結される。この締結状態において、締結ボルト７
のテーパ状頭部７ａの周面はボルト孔８（９）のテーパ
状座面１０に合致する。

【００２０】前述のバケット１を用いて掘削作業および
積み込み作業を行った際に、バケットツース６に作用し
ている荷重Ｐ（水平成分Ｐｈ、垂直成分Ｐｖ）を測定し
たところ、図５に示されるような結果を得た。このグラ
フから明らかなように、荷重Ｐの方向は２０°〜４５°
の範囲内であることがわかる。

【００２１】この結果に基づき、座面角度αを２０°〜
４５°の範囲の値に設定すれば、座面１０の向きを、掘
削作業および積み込み作業時にバケットツース６に作用
する荷重の方向にほぼ垂直な方向にすることができるの
で、締結ボルト７の軸力を保持する面積が大きくなり、
バケットツース６に作用する荷重を座面１０により均一
に受け止めることができる。この結果、座面１０に局部
的なへたりが生じにくくなって、締結ボルト７の軸力低
下を防止することができ、これにより締結ボルト７が緩
むのを防止することができる。

【００２２】このことを実証するために、座面角度をそ
れぞれ１０°、３０°、５０°に製作した３種類のバケ
ットツースを同一のリップに軸力５５ｔｏｎを目標に取
り付け、掘削および積み込み作業を５０時間行った。こ
のとき、ツース取付時と５０時間稼動後とに軸力の測定
を行うとともに、座面の陥没やへたり状況も調査した。

【００２３】この試験に用いたバケットツースおよび締
結ボルトの主要寸法等は次のとおりである（図３参
照）。ツース板厚Ｔ＝５４ｍｍツース幅Ｗ＝１２０ｍｍツース全長Ｌ＝６００ｍｍボルト径Ｄ_１＝３６ｍｍ座面径Ｄ_２＝４０ｍｍ（座面角度１０°のと
き）、５０ｍｍ（座面角度３０°のとき）、６５ｍｍ
（座面角度５０°のとき）座面下板厚ｔ＝２５ｍｍ掘削力Ｐ＝１２ｔｏｎ座面表面硬度ＨＲＣ４６締結ボルトＪＩＳ１２．９Ｔクラス

【００２４】試験結果は表１に示されている。

【表１】また、この試験結果に基づいて座面角度と軸力低下率と
の関係をグラフ化したものが図６（ａ）に示されてい
る。

【００２５】この結果から明らかなように、座面角度が
３０°の場合が最も軸力低下率が小さく、座面のへたり
も僅かであった。この理由は、前述のようにボルト座面
にほぼ垂直方向に負荷が加わり、この負荷を座面全体で
受けているためであると考えられる。一方、座面角度が
１０°および５０°の場合には顕著なへたりが観察され
た。１０°の場合には、ボルト頭部の高さがバケットツ
ースの厚みから制限されるために座面径が小さくなるこ
と、さらに１０°と５０°の場合は３０°の場合に比
べ、座面に負荷のせん断成分Ｐ_Ｓ（図６（ｂ）〜（ｄ）
参照）が作用し、負荷が加わる毎に座面が微小に滑って
へたりを大きくしていること、によってボルトの軸力が
低下していることが主原因と考えられる。

【００２６】（第２実施例）図７には、本発明の第２実
施例に係るバケットツースにおけるボルト孔（座面形
状）の拡大断面図が示されている。

【００２７】本実施例においては、締結ボルトの座面１
１をボルト貫入方向に先窄まり状の球状曲面に形成した
ものである。このような球状曲面にすると、その曲面の
接線角度を２０°〜４５°（本実施例の場合、２０°〜
４２．６°）にすることができるので、この接線角度を
座面に作用する荷重の方向にほぼ垂直な方向にすること
ができる。したがって、第１実施例と同様、ボルト座面
全体で荷重を受け止めることができることになり、座面
に局部的なへたりが生じにくくなる。よって、締結ボル
トの軸力低下を防止することができ、締結ボルトが緩む
のが確実に防止できる。

【００２８】この曲座面の場合についても、座面の曲率
半径を３２ｍｍにして第１実施例と同様の試験を行った
ところ、初期軸力５４．０ｔｏｎ、５０時間稼動後軸力
５２．０ｔｏｎ、軸力低下率３．７％となり、第１実施
例における軸力低下率よりも小さな値を得ることができ
た。また、座面のへたりも僅かであることが確認され
た。

【００２９】前記各実施例においては、リップ５側にタ
ップ立てを行い、バケットツース６側から締結ボルト７
を貫入させて両者を締結するものについて説明したが、
図８に示されるように、バケットツース６側にタップ立
てを行い、リップ５側に穿設されるボルト孔８Ａから締
結ボルト７を貫入させて、この締結ボルト７の先端部を
タップ穴に螺合することによりそれら両者を締結させる
ようにすることもできる。勿論、この場合にも、ボルト
孔８Ａにおける締結ボルト７の座面はボルト貫入方向に
先窄まり状のテーパ面もしくは球状曲面になるようにさ
れている。

【００３０】このように、バケットツース６またはリッ
プ５にタップを立て、締結ボルト７で締結するようにし
た締結構造においては、ねじ部の長さを長くすることが
できるとともに、荷重支持箇所がボルト頭部のみとなっ
て軸力低下の原因となる座面のへたり箇所が減ることに
なり、これによってボルトが緩みにくくなるという効果
を奏するものである。

【００３１】（第３実施例）図９（ａ）（ｂ）には、本
発明の第３実施例のボルト締結構造の断面図が示されて
いる。

【００３２】本実施例においては、リップ５もしくはバ
ケットツース６のいずれかの側から挿入される締結ボル
ト７の先端部を他の側においてナット１２に螺合させる
ことによってそれら両者を締結するようにしたものであ
る。すなわち、図９（ａ）に示される例では、バケット
ツース６側に締結ボルト７の頭部を支持させてリップ５
側にその先端部を支持させたものであり、図９（ｂ）に
示される例では、リップ５側に締結ボルト７の頭部を支
持させてバケットツース６側にその先端部を支持させた
ものである。なお、本実施例においても、ボルト孔にお
ける締結ボルト７の座面はボルト貫入方向に先窄まり状
のテーパ面もしくは球状曲面になるようにされているの
は言うまでもない。

【００３３】このような締結構造によれば、締結ボルト
７を貫入するボルト孔の中心軸がずれていても、その軸
ずれによって片当たりが発生しないので、締結ボルト７
が緩みにくくなる。また、締結ボルト７の胴部を長くす
ることができるので、この締結ボルト７に作用する繰り
返し荷重を小さくすることができ、締結ボルト７が疲労
破壊しにくいという利点がある。

【００３４】次に、締結ボルト７の胴体長が長くなった
ときに、ボルトが疲労破壊しにくくなるという効果につ
いて図１０を参照しつつ説明する。いま、締結ボルト７
のボルト断面積をＡ_ｂ、縦弾性係数をＥ、ボルト胴体長
をＬとすると、締結ボルト７のばね定数は、Ａ_ｂＥ／Ｌ
で表される。したがって、ボルト胴体長Ｌが長くなる
と、ばね定数は小さくなり、図１０の実線で示される軸
力−変形量の関係は、一点鎖線で示される関係に変化す
ることになる。ここで、外力Ｗ，Ｗ’が繰り返し加わっ
たときに、締結ボルトが負担する力Ｗ_ｂ，Ｗ_ｂ’の関係
は、Ｗ_ｂ＞Ｗ_ｂ’となり、ボルト胴体長Ｌが長い程、締
結ボルトが破壊しにくいことになる。

【００３５】（第４実施例）図１１には、本発明の第４
実施例のボルト締結構造の断面図が示されている。

【００３６】前記各実施例においては、バケットツース
６もしくはリップ５に穿設されるボルト孔の座面をボル
ト貫入方向に先窄まり状のテーパ面もしくは球状曲面に
加工したものについて説明したが、本実施例において
は、ボルト孔１３が途中に段部１３ａを有する形状に加
工されるとともに、この段部１３ａにテーパワッシャー
１４が固定されて、このテーパーワッシャー１４にアジ
ャスト機能を持たせるように構成されたものである。こ
のような構成によれば、テーパワッシャー１４を交換す
るだけで締結ボルト７のテーパ面に適合させることがで
きるので、ボルト孔の精密加工に要する手間等が省ける
ことになる。

【００３７】なお、本実施例では、バケットツース６に
ボルト孔１３を設けた場合について説明したが、リップ
５側にボルト孔１３を設けた場合にも同様の構成を採用
することができる。また、第３実施例のように、ボルト
とナットとで締結する締結構造においても、同様の構成
を採用することができる。

【００３８】（第５実施例）図１２（ａ）〜（ｄ）に
は、本発明の第５実施例のボルト締結構造の説明図が示
されている。

【００３９】本実施例においては、第１実施例もしくは
第２実施例におけるテーパ状座面もしくは球状曲面座面
の構成に加えて、締結ボルト７を挿通するボルト孔８の
リップ５に面する側の周囲に座繰り部１５を形成するよ
うにしたものである。この構成に加えて、ボルト孔８に
おける上部コーナー部８ａ（図１２（ａ）におけるＰ
部）を、変形容易な形状に構成したものである。

【００４０】このような構成によれば、図１２（ａ）に
示されるように、締結ボルト７の中心線Ｃ_１とタップ孔
１６の中心線Ｃ_２とがずれた状態で締結された場合で
も、図１２（ｂ）に示されるように、締結ボルト７の中
心線Ｃ_１に近接する側の座繰り部１５が弾性変形された
状態で両者が締結されることになる。ここで、上部コー
ナー部８ａを変形容易な形状にする手段としては、例え
ば図１２（ｃ）に示されるように、曲率半径５以上のア
ール形状にする方法や、図１２（ｄ）に示されるよう
に、ぬすみを設ける方法などがある。

【００４１】なお、本実施例のように、テーパ状もしく
は球状曲面よりなる座面と、座繰り部１５とを併用する
ようにすれば、締結ボルト７の中心線Ｃ_１とタップ孔１
６の中心線Ｃ_２とがずれていない場合でも、ボルト締結
時の締め付け力によって座繰り部１５が弾性変形され、
ツース装着後稼動中において、座繰り部１５に弾性的戻
り力が発生することになり、この弾性的戻り力によって
締結ボルトの軸力変動が吸収され、ボルトの緩みが防止
されることになる。したがって、座面によるボルト緩み
防止効果と座繰り部１５によるボルト緩み防止効果との
相乗効果によって、より確実にボルトの緩みを防止する
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の第１実施例に係るバケットの
斜視図である。

【図２】図２は、第１実施例におけるバケットツースの
断面図（ａ）および平面図（ｂ）である。

【図３】図３は、第１実施例における座面形状を示す断
面図である。

【図４】図４（ａ）は、第１実施例のボルト締結構造を
示す断面図、図４（ｂ）は、図４（ａ）の部分拡大図で
ある。

【図５】図５は、第１実施例においてバケットツースに
作用する荷重を示すグラフである。

【図６】図６（ａ）は、座面角度と軸力低下率との関係
を示すグラフ、図６（ｂ）〜（ｄ）は、座面に加わる負
荷のせん断成分を説明する図である。

【図７】図７は、第２実施例における座面形状を示す断
面図である。

【図８】図８は、第１、第２実施例の変形例に係るボル
ト締結構造を示す断面図である。

【図９】図９（ａ）（ｂ）は、第３実施例のボルト締結
構造を示す断面図である。

【図１０】図１０は、第３実施例の効果を説明する図で
ある。

【図１１】図１１は、第４実施例のボルト締結構造を示
す断面図である。

【図１２】図１２（ａ）〜（ｄ）は、第５実施例のボル
ト締結構造説明図である。

【図１３】図１３（ａ１）（ａ２）〜（ｄ１）（ｄ２）
は、従来のボルト締結タイプのバケットツースの一例を
示す図である。

【図１４】図１４（ａ）（ｂ）は、従来のボルト締結タ
イプのバケットツースの他の例を示す図である。

【符号の説明】

１バケット５バケットリップ６バケットツース７締結ボルト７ａテーパ状頭部８，８Ａ，９，１３ボルト孔１０，１１座面１２ナット１４テーパワッシャー１５座繰り部１６タップ孔

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】バケットリップにボルトを介して装着さ
れるバケットツースのボルト締結構造であって、前記ボ
ルトの座面をボルト貫入方向に先窄まり状のテーパ面に
形成することを特徴とするバケットツースのボルト締結
構造。
【請求項２】前記テーパ面の角度がボルト孔中心線に
対して２０°〜４５°の範囲に設定される請求項１に記
載のバケットツースのボルト締結構造。
【請求項３】バケットリップにボルトを介して装着さ
れるバケットツースのボルト締結構造であって、前記ボ
ルトの座面をボルト貫入方向に先窄まり状の球状曲面に
形成することを特徴とするバケットツースのボルト締結
構造。
【請求項４】前記バケットリップもしくはバケットツ
ースのいずれかにタップ立てがなされて他の側から挿入
されるボルトによってそれら両者が締結される請求項１
〜３のいずれかに記載のバケットツースのボルト締結構
造。
【請求項５】前記バケットリップもしくはバケットツ
ースのいずれかの側から挿入されるボルトの先端部が他
の側においてナットに螺合されることによってそれら両
者が締結される請求項１〜３のいずれかに記載のバケッ
トツースのボルト締結構造。