JP2001323504A - 作業機械の連結ピン構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 一方の部材に同一の軸線上で摺動自在に配設
される一対のピンが、各々の先端部をこの部材から突出
させ他方の部材に挿通する「突出位置」及びこの一方の
部材の中に引込める「引込位置」の間で移動され、一方
の部材に他方の部材が回動自在にかつ離脱自在に連結さ
れる作業機械の連結ピン構造において、「突出位置」に
おいてピンに作用する荷重に対する連結ピン構造の剛性
を大きくすることができるようにする。 【解決手段】 一方の部材及びピンに、「突出位置」に
おいて係合し、一方の部材とピンの直径方向の相対移動
を係止する係止手段を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、作業機械の連結ピ
ン構造、さらに詳しくは、作業機械の作業腕に作業具を
着脱自在に連結するクイックカプラ装置などに好適に用
いることができる作業機械の連結ピン構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】作業機械の典型例である油圧ショベル
は、その作業腕であるアームの先端にピンを介し装着さ
れる作業具を異なったものと交換することにより種々の
作業を遂行することができる。バケットを装着すること
により土砂の掘削、積込などの作業が遂行され、油圧ブ
レーカを装着することにより採石、路面破砕などの作業
が遂行され、圧砕機を装着することにより構造物の解体
などの作業が遂行される。したがって、バケット、ブレ
ーカ、圧砕機などの種々の作業具を適宜に着脱交換すれ
ば、一台の油圧ショベルを多目的、多機能に用いること
ができる。

【０００３】そこでこの種の作業機械には、作業具を作
業腕に着脱自在にかつ迅速に、運転席からの操作で、連
結することができるクイックカプラ装置が開発され用意
されている。このクイックカプラ装置は、作業腕に同一
の軸線上で摺動自在に配設される一対のピン各々の先端
部を、作業腕から突出させ作業具に挿通させる位置と作
業腕の中に引込める位置との間で移動させる連結ピン構
造を備えている。

【０００４】この連結ピン構造の典型例が実開平５−８
７０４８号公報に開示されている。図７（同公報の図１
に相当する図）を参照して説明すると、連結ピン構造
は、軸線５０上に作業腕５１の外側に向かってそれぞれ
にピン５２が立設され左右に摺動可能な一対のピストン
５３、５３を備えている。ピストン５３、５３の間及び
ピストン５３のピン５２側に圧油を交互に給排すること
により、ピストン５３はピン５２の先端部が作業腕５１
から突出する「突出位置（図７に示す位置）」と作業腕
５１に引込まれる「引込位置］の間を移動する。ピン５
２、５２を「突出位置」に位置付けることによりピン５
２の先端部が作業具５４の一対のボス５５、５５各々に
挿通され作業腕５１に作業具５４が連結される。ピン５
２を「引込位置」に位置付けることにより作業腕５１と
作業具５４の連結が解除される。圧油の給排は、オペレ
ータが運転席において作業機械の油圧制御装置を操作す
ることにより行われる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図７とともに図８及び
図９を参照して説明を続けると、上述したとおりの形態
の従来の作業機械の連結ピン構造には、次の通りの解決
すべき問題がある。

【０００６】（１）連結ピン構造の剛性：一対のピン５
２、５２で構成される連結ピン構造は、作業具５４の荷
重、また作業具５４に加わる負荷が連結ピンの部分に荷
重Ｆとして作用すると、図８に示す一本のピン５６によ
って構成される連結ピン構造と比較して、ピン５２、５
２は連結されていないから、また軸受孔５７の軸線５０
方向の長さは構造上十分に長くとれないから、図９に示
すようにピン５２は軸線５０に対して傾きやすい。そし
て、ピン５２と軸受孔５７との接触が均一でなくなり、
片当たりが生じ、ピン５２と軸受孔５７とのかじり、損
傷が発生する。荷重Ｆが大きくなると、ピストン５３の
ピストンシール５８が備えられた外周部とピストン摺動
孔５９との間においても、かじり、損傷が発生する。

【０００７】（２）シールの密封性：さらに、ピン５２
が軸線５０に対し傾くことにより、軸受孔５７の部分に
備えられるロッドシール６０、ダストシール６１、並び
にピストン５３に備えられるピストンシール５８の、直
径方向のシールする隙間、また接触荷重が変動するの
で、シールの密封性が悪くなり、作動不具合、漏れなど
の問題を発生させ、さらにシールの耐久性を悪くする。

【０００８】本発明は上記事実に鑑みてなされたもの
で、その技術的課題は、一方の部材に同一の軸線上で摺
動自在に配設される一対のピンが、各々の先端部をこの
部材から突出させ他方の部材に挿通する「突出位置」及
びこの一方の部材の中に引込める「引込位置」の間で移
動され、一方の部材に他方の部材が回動自在にかつ離脱
自在に連結される作業機械の連結ピン構造において、
「突出位置」においてピンに作用する荷重に対する連結
ピン構造の剛性を大きくすることができるようにした、
作業機械の連結ピン構造を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載された発
明は、一方の部材に同一の軸線上で摺動自在に配設され
る一対のピンが、各々の先端部をこの部材から突出させ
他方の部材に挿通する突出位置及びこの一方の部材の中
に引込める引込位置の間で移動され、一方の部材に他方
の部材が回動自在にかつ離脱自在に連結される作業機械
の連結ピン構造において、該一方の部材及びピンには、
突出位置において係合し該一方の部材とピンの直径方向
の相対移動を係止する係止手段が備えられている、こと
を特徴とする作業機械の連結ピン構造である。

【００１０】そして、係止手段により突出位置において
一方の部材とピンの直径方向の相対移動を止めピンの傾
きを抑えるようにし、連結ピン構造の剛性を大きくす
る。

【００１１】請求項２に記載された発明は、請求項１記
載の連結ピン構造において、係止手段は、一方の部材及
びピンの各々に形成され係合する軸線の方向に傾斜した
傾斜面を備えている連結ピン構造である。

【００１２】そして、傾斜面と傾斜面とを係合させ、そ
の「くさび効果」によって直径方向の動きを止める。

【００１３】請求項３に記載された発明は、請求項２記
載の連結ピン構造において、該一方の部材の傾斜面は、
軸線方向においてピンとピンが摺動自在に挿通される軸
受部材との間に配設される係止部材に形成されている連
結ピン構造である。

【００１４】そして、一方の部材に設けられた係止部材
に形成された傾斜面とピンに形成された傾斜面とを係合
させる。

【００１５】請求項４に記載された発明は、請求項３記
載の連結ピン構造において、軸受部材と係止部材とは一
体に形成されている連結ピン構造である。

【００１６】そして、軸受部材と係止部材とを一体に形
成し連結ピン構造の構成を簡単にする。

【００１７】請求項５に記載された発明は、請求項１か
ら４までのいずれかに記載の連結ピン構造において、係
止手段は突出位置において係合方向に付勢されている連
結ピン構造である。

【００１８】そして、係止状態に付勢して一方の部材と
ピンの直径方向の相対移動を確実に止める。

【００１９】請求項６に記載された発明は、請求項３記
載の作業機械の連結ピン構造において、ピンは、油圧に
よって突出位置に移動され、係合方向にこの油圧によっ
て付勢されている連結ピン構造である。

【００２０】そして、ピンを摺動移動させる油圧によっ
てピンを係止状態に付勢する。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明に従って構成された
作業機械の連結ピン構造を、典型的な作業機械である油
圧ショベルにおける好適実施形態を図示している添付図
面を参照して、さらに詳細に説明する。

【００２２】図１を参照して説明すると、全体を番号２
で示す油圧ショベルは、機体本体４と、機体本体４に上
下方向に揺動自在に連結された作業装置６とを備えてい
る。作業装置６は、機体本体４に上下方向に揺動自在に
支持されたブーム６ａ、機体本体４とブーム６ａとの間
に介在されたブーム作動シリンダ６ｂ、ブーム６ａの先
端に上下方向に揺動自在に支持されたアーム６ｃ、ブー
ム６ａとアーム６ｃとの間に介在されたアーム作動シリ
ンダ６ｄ、アーム６ｃの先端に上下方向に揺動自在に支
持された作業具であるバケット６ｅ、並びにアーム６ｃ
とバケット６ｅとの間に介在されたバケットリンク６ｆ
及びバケット作動シリンダ６ｇを備えている。

【００２３】本発明に従って構成された連結ピン構造８
が、一方の部材であるアーム６ｃに他方の部材であるバ
ケット６ｅを着脱自在にかつ迅速に連結するクイックカ
プラ装置として用いられている。

【００２４】図２を参照して説明すると、連結ピン構造
８は、アーム６ｃのボス１０に同一の軸線９上で摺動自
在に配設される一対のピンであるピストンピン１２、１
２を備えている。ピストンピン１２、１２は、そのピス
トン部１２ａの部分に圧油を給排することにより、各々
の先端部がボス１０から突出されバケット６ｅのボス１
４に挿通する「突出位置（図２に実線で示す位置）」及
びボス１０の中に引込られる「引込位置（図２に二点鎖
線で示す位置）」の間を移動される。ピストンピン１２
及びボス１０には「突出位置」において係合しピストン
ピン１２とボス１０の直径方向の相対移動を止める係止
手段１６が備えられている。一対のピストンピン１２、
１２を備える連結ピン構造８は、軸線９方向において実
質上対称に構成されている。

【００２５】ボス１０は、基本的に円筒状に形成され、
アーム６ｃの先端部に軸線９方向に延びて一体に備えら
れている。ボス１０には、内径部の軸線９方向内方に軸
線９方向に延びる一対のピストン摺動孔１０ａ、１０ａ
が、両端部に軸線９方向に延びる軸受部材取付孔１０ｂ
がそれぞれ形成されている。ピストン摺動孔１０ａ、１
０ａは連通孔１０ｃにより結ばれている。連通孔１０ｃ
にはボス１０の外方からヘッド側管路１８が連結されて
いる。ピストン摺動孔１０ａ、１０ａ各々の軸受部材取
付孔１０ｂ側の端部にはボス１０の外方からロッド側管
路２０が連結されている。

【００２６】軸受部材取付孔１０ｂ、１０ｂ各々には、
軸受部材２２、及び係止手段１６を構成する係止部材２
４が、係止部材２４をピストン摺動孔１０ａの側にして
圧入され取付けられている。軸受部材２２は軸受鋼ある
いは含油金属のような周知の軸受材料により形成され、
その内径部はピストンピン１２のピン部１２ｂが摺動自
在に挿通される軸受孔２２ａを形成している。係止部材
２４は軸受部材２２と実質上同じ材料によって環状に形
成されており、内周部には軸線９方向ボス１０の内方に
向かって直径が次第に増加するテーパ状の傾斜面Ｓが形
成されている。係止部材２４の内径は軸受部材２２の内
径よりも大きく形成されている。

【００２７】ピストンピン１２は、鋼で形成され、大径
のピストン部１２ａ及び小径のピン部１２ｂを備えてい
る。ピン部１２ｂの外径寸法は、軸受部材２２の軸受孔
２２ａに摺動自在に挿通される寸法に仕上げられてい
る。ピストン部１２ａの外径寸法は、ピストン摺動孔１
０ａに所定の隙間を備えて挿入される寸法に仕上げら
れ、外周部には環状のシール溝にピストンシール２６が
取付けられている。ピストン部１２ａ及びピン部１２ｂ
の間には、係止手段１６を構成する傾斜面Ｓが形成され
ている。傾斜面Ｓは、上述の係止部材２４の傾斜面Ｓに
対応するテーパ状に形成されている。ピストンシール２
６は、摺動リング及びＯリングとからなる周知のシール
である。

【００２８】係止手段１６は、ボス１０に備えられる係
止部材２４及びピストンピン１２の各々に備えられる傾
斜面Ｓによって形成され、ピストンピン１２の「突出位
置」において傾斜面Ｓ同士が係合し、ボス１０とピスト
ンピン１２との直径方向の相対移動を止める。

【００２９】ボス１０の軸線９方向両端部には、ピスト
ンピン１２のピン部１２ｂが貫通する貫通孔が形成され
たエンドカバー２８が取付けられている。エンドカバー
２８は、ボス１０にボルトなどの手段（図示は省略され
ている）によって取付けられている。エンドカバー２８
の貫通孔には、環状のシール溝にロッドシール３０及び
ダストシール３２が取付けられている。ロッドシール３
０は摺動リング及びＯリングからなる周知のシールであ
る。また、ダストシール３２はリップシールからなる周
知のシールである。

【００３０】バケット６ｅのボス１４には、アーム６ｃ
のボス１０の軸線９方向両端部に位置付けられピストン
ピン１２のピン部１２ｂの先端部が自在に挿通される軸
受孔１４ａが形成されている。

【００３１】図３を参照して説明を続けると、機体本体
４（図１）には、連結ピン構造８の一対のピストンピン
１２、１２（図２）を摺動操作するための油圧制御装置
３４が備えられている。油圧制御装置３４は、ヘッド側
管路１８及びロッド側管路２０が接続されそれぞれを油
圧源であるポンプ３４ａ又はタンク３４ｂに切換え接続
する二位置の電磁切換弁３４ｃと、電磁切換弁３４ｃを
切換える電気スイッチ３４ｄと、電磁切換弁３４ｃとポ
ンプ３４ａを結ぶ管路３４ｅに設けられポンプ３４ａか
ら電磁切換弁３４ｃの方向への吐出油の流れのみを許容
する逆止弁３４ｆと、管路３４ｅの電磁切換弁３４ｃと
逆止弁３４ｆの間に接続されたアキュムレータ３４ｇと
を備えている。油圧制御装置３４はまた、管路３４ｅの
電磁切換弁３４ｃと逆止弁３４ｆの間に接続された圧力
スイッチ３４ｈと、圧力スイッチ３４ｈが所定の圧力を
検出するとポンプ３４ａと逆止弁３４ｆの間の管路３４
ｅをタンク３４ｂに解放する二位置の電磁切換弁３４ｊ
とを備えている。

【００３２】油圧制御装置３４は、図３に示す状態にお
いては、電磁切換弁３４ｃを介してポンプ３４ａの吐出
油をロッド側管路２０に供給し、ヘッド側管路１８をタ
ンク３４ｂに解放している。オペレータが電気スイッチ
３４ｄを操作して電磁切換弁３４ｃを切換えると、ポン
プ３４ａの吐出油はヘッド側管路１８に供給され、ロッ
ド側管路２０はタンク３４ｂに解放される。電磁切換弁
３４ｃを介してヘッド側管路１８及びロッド側管路２０
に供給される圧油は、アキュムレータ３４ｇ及び圧力ス
イッチ３４ｈによって所定の圧力に維持される。ポンプ
３４ａの吐出油の圧力が圧力スイッチ３４ｈの設定圧力
を越えると、電磁切換弁３４ｊが切換えられポンプ３４
ａの吐出油はタンク３４ｂに解放される。この状態にお
いても、ヘッド側管路１８及びロッド側管路２０に供給
される圧油は逆止弁３４ｆ及びアキュムレータ３４ｇの
作用で所定の圧力に維持される。

【００３３】図２及び図３を参照して上述のように構成
された連結ピン構造８の、一対のピストンピン１２、１
２の「突出位置」及び「引込位置」への摺動作動につい
て説明する。

【００３４】（１）ピン「突出位置」：ピストンピン１
２、１２がボス１０の内方に引込んだ状態（図２に二点
鎖線で示す状態）において、油圧制御装置３４の電気ス
イッチ３４ｄを操作して電磁切換弁３４ｃを切換え、ヘ
ッド側管路１８に圧油を供給し、ロッド側管路２０をタ
ンク３４ｂに解放すると、ピストンピン１２はその傾斜
面Ｓがボス１０の係止部材２４の傾斜面Ｓに当接し係合
する位置（図２に実線で示す位置）まで移動し先端部は
ボス１０から突出され、バケット６ｅの軸受孔１４ａに
挿通される。そして、アーム６ｃにバケット６ｅが軸線
９を中心に回動自在に連結される。このときピストンピ
ン１２は、アキュムレータ３４ｇ、圧力スイッチ３４ｈ
及び逆止弁３４ｆの作用により維持される油圧力によっ
て「突出位置」に付勢され保持される。

【００３５】（２）ピン「引込位置」：ピストンピン１
２、１２がボス１０から突出した状態（図２に実線で示
す状態）において、油圧制御装置３４の電気スイッチ３
４ｄを操作して電磁切換弁３４ｃを切換え、ロッド側管
路２０に圧油を供給し、ヘッド側管路１８をタンク３４
ｂに解放すると、ピストンピン１２はピストン部１２ａ
がピストン摺動孔１０ａの端部に当接する位置（図２に
二点鎖線で示す位置）まで移動し突出した先端部はバケ
ット６ｅの軸受孔１４ａから引出されボス１０の中に引
込まれる。そして、アーム６ｃとバケット６ｅの連結が
解除される。このときピストンピン１２は、アキュムレ
ータ３４ｇ、圧力スイッチ３４ｈ及び逆止弁３４ｆの作
用により維持される油圧力によって「引込位置」に付勢
され保持される。

【００３６】図２及び図３とともに図４、主として図４
を参照して上述したとおりの連結ピン構造８の作用を説
明する。

【００３７】（１）連結ピン構造の剛性：連結ピン構造
８に備えられた係止手段１６は、図４に示すように、ピ
ストンピン１２の「突出位置」において傾斜面Ｓ同士が
「くさび効果」によって緊密に係合し、荷重Ｆによるピ
ストンピン１２の軸線９に対し傾くのを抑える。また、
ピストンピン１２を係合方向に付勢する油圧力Ｐによ
り、ピストンピン１２は押付力ｆにより係止部材２４に
傾斜面Ｓ同士がさらに緊密に係合するように押付けられ
る。しがって、係止手段１６の傾斜面Ｓの「くさび効
果」により「突出位置」におけるピストンピン１２に加
わる荷重Ｆに対する連結ピン構造８の剛性が大きくな
る。

【００３８】そして、連結ピン構造８のピストンピン１
２の傾きが抑えられることにより、ピストンピン１２の
軸受孔２２ａ、ピストン摺動孔１０ｃなどにおける片当
たり、かじり、損傷が抑えられる。さらに、ロッドシー
ル３０、ダストシール３２、ピストンシール２６などの
シール性の悪化、作動不具合、漏れなどの問題、また耐
久性が悪くなる問題も抑えられる。

【００３９】（２）連結ピン構造の軸受：「突出位置」
において荷重Ｆが作用するピストンピン１２を、係止手
段１６の傾斜面Ｓ同士を「くさび効果」により緊密に係
合するようにしたので、軸受部材２２の軸線方向の長さ
を従来よりも短く、コンパクトにすることもできる。

【００４０】（３）連結ピン構造の製作：連結ピン構造
８はまた、従来の一対のピンからなる連結ピン構造に係
止部材２４を追加し、ピストンピンに傾斜面Ｓを形成し
て構成すればよいから、従来の連結ピン構造を大幅に変
えることなく容易に製作することができる。

【００４１】以上、本発明を実施の形態に基づいて詳細
に説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定される
ものではなく、本発明の範囲内においてさまざまな変形
あるいは修正ができるものである。

【００４２】（１）係止手段：本発明の実施の形態にお
いては、係止手段１６の傾斜面Ｓは、軸線９の方向に直
径が変化するテーパ状である円錐状に形成されている
が、傾斜面Ｓを平坦にした角錐状に形成することもでき
る。

【００４３】（２）係止部材：本発明の実施の形態にお
いては、係止部材２４と軸受部材２２とが別個に形成さ
れているが、これらを一体に接合してもよい。また、図
５に示すように傾斜面Ｓを備えた一体の軸受部材３６と
して形成してもよい。さらに、図６に示すように軸受部
材３８の内周部に傾斜面Ｓを備えた連結部材３８ａを一
体に接合してもよい。係止部材と軸受部材とを別個に形
成するときは、異なった材料、鋼、含油金属、黄銅など
を適宜に組合わせて用いることができる。

【００４４】（３）付勢：本発明の実施の形態において
は、ピストンピン１２を付勢する手段としてピストンピ
ン１２を摺動作動させる油圧が用いられているが、ピス
トンピンを流体圧シリンダなど他の手段によって摺動作
動させる場合には、その摺動作動手段によって付勢する
ようにしてもよい。

【００４５】（４）付勢 本発明の実施の形態においては、ピストンピン１２は油
圧によって付勢されているが、係止手段１２の傾斜面Ｓ
の軸線９に対する傾きをより緩やかにして、すなわち
「くさび効果」を強くして、直径方向の動きがより厳し
く係止されるようにし、ピストンピンに対する付勢を省
略してもよい。

【００４６】（５）他の連結ピン部に適用：本発明の実
施の形態においては、連結ピン構造８は一方の部材とし
てのアーム６ｃに他方の部材としてのバケット６ｅを着
脱自在に連結する部分に適用されているが、図１に示す
バケットリンク６ｆとバケット６ｅの連結部など、作業
機械において一方の部材に他方の部材を回動自在にかつ
離脱自在に連結する任意の部分に適宜に用いることがで
きる。

【００４７】

【発明の効果】本発明に従って構成された作業機械の連
結ピン構造によれば、一方の部材に同一の軸線上で摺動
自在に配設される一対のピンが、各々の先端部をこの部
材から突出させ他方の部材に挿通する「突出位置」及び
この一方の部材の中に引込める「引込位置」の間で移動
され、一方の部材に他方の部材が回動自在にかつ離脱自
在に連結される作業機械の連結ピン構造において、「突
出位置」においてピンに作用する荷重に対する連結ピン
構造の剛性を大きくすることができるにした、作業機械
の連結ピン構造が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従って構成される連結ピン構造を備え
た典型的な作業機械である油圧ショベルの側面図。

【図２】図１のＡ−Ａ矢印方向に見た連結ピン構造の拡
大断面図。

【図３】連結ピン構造を操作する油圧制御装置の回路
図。

【図４】連結ピン構造の係止手段の作用説明図。

【図５】係止部材の他の形態を示す拡大断面図。

【図６】係止部材のさらに他の形態を示す拡大断面図。

【図７】従来の連結ピン構造の一形態を示す断面図。

【図８】一本のピンによる連結ピン構造を示す説明断面
図。

【図９】従来の連結ピン構造の作用を説明する説明断面
図。

【符号の説明】

２：油圧ショベル（作業機械） ６ｃ：アーム（一方の部材） ６ｅ：バケット（他方の部材） ８：連結ピン構造 ９：軸線 １２：ピストンピン（ピン） １６：係止手段 ２４：係止部材 ３４：油圧制御装置 ３６：係止部材 ３８：係止部材 Ｓ：傾斜面

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一方の部材に同一の軸線上で摺動自在に
   配設される一対のピンが、各々の先端部をこの部材から
   突出させ他方の部材に挿通する突出位置及びこの一方の
   部材の中に引込める引込位置の間で移動され、一方の部
   材に他方の部材が回動自在にかつ離脱自在に連結される
   作業機械の連結ピン構造において、 該一方の部材及びピンには、突出位置において係合し該
   一方の部材とピンの直径方向の相対移動を係止する係止
   手段が備えられている、ことを特徴とする作業機械の連
   結ピン構造。
2. 【請求項２】 係止手段は、一方の部材及びピンの各々
   に形成され係合する軸線の方向に傾斜した傾斜面を備え
   ている、請求項１記載の作業機械の連結ピン構造。
3. 【請求項３】 該一方の部材の傾斜面は、軸線方向にお
   いてピンとピンが摺動自在に挿通される軸受部材との間
   に配設される係止部材に形成されている、請求項２記載
   の作業機械の連結ピン構造。
4. 【請求項４】 軸受部材と係止部材とは一体に形成され
   ている、請求項３記載の作業機械の連結ピン構造。
5. 【請求項５】 係止手段は突出位置において係合方向に
   付勢されている、請求項１から４までのいずれかに記載
   の作業機械の連結ピン構造。
6. 【請求項６】 ピンは、油圧によって突出位置に移動さ
   れ、係合方向にこの油圧によって付勢されている、請求
   項５記載の作業機械の連結ピン構造。