JP2005163375A - 建設機械のアーム - Google Patents

Abstract

【課題】 アームの先端側の部分について、従来の技術のような強度低下を招かず、従来の技術よりも組立に手間を要しない建設機械のアームを提供する。
【解決手段】 バケット軸着用のピンを挿通する第１のボス１と、一端部がバケットシリンダに回動可能に軸着されたリンクの他端部を軸着するためのピンを挿通する第２のボス２とを先端側に備えた建設機械のアームを構成する場合、薄肉のチューブ部１ｂ，２ｂとチューブ部１ｂ，２ｂの両端に接続されピンを支持する厚肉のピン支持部１ａ，２ａとを有するボス１，２と、ピン支持部１ａとピン支持部２ａの間を接続する側板部３とを備えたアーム先端ユニット５を、ピン支持部１ａ，２ａとチューブ部１ｂ，２ｂとの接続部Ｑ及びピン支持部１ａ，２ａと側板部３との接続部Ｒが応力集中の生じない滑らかな断面形状になるように、鋳鋼を用いて鋳造により一体的に形成し、これをアーム本体６に溶接して構成した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、バケット等の作業具を回動可能に軸着するためのピンを挿通する第１のボスと、一端部がバケットシリンダ等の作業具駆動用のシリンダに回動可能に軸着されたリンクの他端部を回動可能に軸着するためのピンを挿通する第２のボスとを先端側に備えた油圧ショベル等の建設機械のアームに関する。

油圧ショベル等の建設機械は、通常、フロントとしての作業機を備えている。この作業機には、揺動可能な作業腕としてアームと、このアームの先端部に回動可能にピンで軸着され、掘削作業等の建設作業を行う作業具を備え、この作業具を、アームに取り付けられた作業具駆動用のシリンダで回動させ得るようにしたものがある。例えば、建設機械の代表的なものである油圧ショベルは、旋回フレーム上に傾動可能に設置されたブームに対して揺動可能に軸着されたアームと、このアームに回動可能にピンで軸着されて掘削作業を行う作業具としてのバケットとを備えている。また、このバケットを駆動するため、作業具駆動用のシリンダとしてのバケットシリンダをアームに取り付けている。

さらに、この種の建設機械では、作業具を作業具駆動用のシリンダで駆動するため、通常、このシリンダの動作を、リンク機構を介して作業具に伝達することによりこれを回動させるようにしている。このリンク機構は、一端部が作業具駆動用シリンダに回動可能に軸着され、他端部が作業具に回動可能に軸着される第１のリンクと、一端部が作業具駆動用シリンダに回動可能に軸着され、他端部がアームに回動可能にピンで軸着される第２のリンクとを設けて構成される。この種の建設機械は、以上のような作業機を設置していることから、そのアームの先端側には、作業具を回動可能に軸着するためのピンを挿通する第１のボスと、第２のリンクの他端部を回動可能に軸着するためのピンを挿通する第２のボスとを設けている。

こうした一対のボスを先端側に設けた建設機械のアームは、例えば、特許文献１に記載されている。このアームに設けたボスは、周壁の肉厚が均一の一個の円筒体して形成されている。アームに設けるこの種のボスは、これに挿通したピンの両端部付近を支持できるようにすればよく、ピンの中央部分を支持する必要はない。また、この種のボスは、建設作業時に専ら両端部分にピンから大きな力を受ける。そのため、ボスは、両端部分を耐久性を有するように厚肉にして十分な強度をもたせることこが肝要である。一方、中央部分は、それほど大きな強度をもたせる必要がないため、ボスの中央部分を、特許文献１に記載の技術のように両端部分と同じ肉厚に形成すると、材料費が割高になる。

こうしたことから、最近では、ピン支持部としての両端部分を厚肉な円筒部材で形成するとともにボスの中央部分を薄肉のチューブで形成して、このチューブの両端に、ピン支持部としての円筒部材を溶接して形成したボスが開発されている。そして、こうして形成したボスを第１のボス及び第２のボスとして、溶接によりアームの先端側に取り付けてアームを製作するようになってきた。このアームの先端側の部分は、作業具や第２のリンクが取り付けられて建設作業時に著大な応力が発生するため、アームの中枢をなす部分である。本発明は、こうしたアームの先端側の部分を改良しようとするものである。

そこで、この最近製作されているアームを本発明に対する従来の技術として位置付け、
その詳細を、図３及び図４を用いて以下に説明する。図３は、従来の技術に係る建設機械のアームの要部の水平縦断面図、図４は、従来の技術に係る建設機械のアーム全体の側面図である。なお、これらの図には、建設機械のアームの例として、油圧ショベルのアームを示している。

前述したように、油圧ショベルは、ブームに揺動可能に軸着されたアームと、このアームに回動可能にピンで軸着されるバケットとを備えており、このバケットを駆動するために、バケットシリンダをアームに取り付けている。また、このバケットシリンダの伸縮動作をバケットに伝達してバケットを回動させるためにリンク機構を備えている。このリンク機構は、一端部がバケットシリンダに回動可能に軸着され、他端部がバケットに回動可能に軸着される第１のリンクと、一端部が第１のリンクと共にバケットシリンダに回動可能に軸着され、他端部がアームに回動可能にピンで軸着される第２のリンクとを備えている。図には、こうした油圧ショベルの構造のうち、アームに関する構造しか図示していないので、以下の説明については、油圧ショベルに関する以上の説明を念頭におきながら理解されたい。なお、油圧ショベルの具体的な構造については、特許文献１に記載されているので、必要ならば、特許文献１も参照されたい。

図３及び図４において、１１は作業具としての油圧ショベルのバケットを回動可能に軸着するためのピンを挿通する第１のボス、１１ａはこの第１のボス１１に挿通されるピンを支持するための支持部をなす円筒部材、１１ｂは両端にこうした円筒部材１１ａが溶接により固着されているチューブ、１１ｃはピンを挿通するためのピン孔、１２は前記第２のリンクの他端部を回動可能に軸着するためのピンを挿通する第２のボス、１２ａはこの第２のボス１２に挿通されるピンを支持するための支持部をなす円筒部材、１２ｂは両端にこうした円筒部材１２ａが溶接により固着されているチューブ、１２ｃはピンを挿通するためのピン孔、１３はアームの側板である。

なお、図４において、１４はバケットシリンダの端部を回動可能に軸着するためのピンのピン孔１４ａを有するブラケット、１５はブームの端部にアームを回動可能に軸着するためのピンのピン孔１５ａを有するブラケット、１６はこのブラケット１５を介してブームに回動可能に軸着されたアームを揺動させるように駆動するためのアームシリンダの端部を軸着するためのピンのピン孔１６ａを有するブラケットである。

円筒部材１１ａは、ピンの両端部付近を支持するため、厚肉にして十分な強度をもたせるようにしており、チューブ１１ｂは、ピンを支持しないため、円筒部材１１ａよりも薄肉に形成して材料費を節減するようにしている。第１のボス１１は、こうしたチューブ１１ｂの両端部にそれぞれ円筒部材１１ａを溶接して固着することにより、アッセンブリとして構成されている。第１のボス１１のピン孔１１ｃにピンを挿通したときには、このピンは、チューブ部１１ｂには接触しない状態で挿通され、円筒部材１１ａの内周面に接触して回動可能に支持される。第２のボス１２も、第１のボス１１と同様、薄肉のチューブ１２ｂの両端部にそれぞれ厚肉の円筒部材１２ａを溶接して固着することにより、材料費を節減するようにアッセンブリとして構成されている。また、これのピン孔１２ｃにピンを挿通したときには、ピンは、チューブ部１２ｂには接触しない状態で挿通され、円筒部材１２ａの内周面に接触して回動可能に支持される。

アームは、間隔を置いて配置した左右の一対の側板１３の頂部及び底部に、必要に応じて上板及び底板を溶接等で取り付けることにより、骨組みが形成される。そして、特に、アームの中枢をなすアームの先端側の部分を形成する場合には、図３に示すように、第１のボス１１及び第２のボス１２が左右の一対の側板１３を直角に横切るような態様で円筒部材１１ａ及び円筒部材１２ａを両側板１３に溶接して取り付ける。その場合、第１のボス１１は、一対の側板１３の先端部に取り付けられ、第２のボス１２は、第１のボス１１と若干の間隔を置いてその後方に、第１のボス１１と平行に配置されるように正確に位置決めされて一対の側板１３に取り付けられる。
実願昭５８ー２０９４９号（実開昭６２ー１２６６１５号）のマイクロフィルム（第１−６頁、図１−３）

こうした従来の建設機械のアームは、ボス１１，１２を構成するチューブ１１ｂ，１２ｂを円筒部材１１ａ，１２ａよりも薄肉に形成することができるため、材料費を節減することができるという利点がある反面、以下のような問題点がある。

第１に、ボス１１，１２を製作するに当たり、円筒部材１１ａ，１２ａとチューブ１１ｂ，１２ｂやアームの側板１３とを溶接することを要するため、これらの部品の溶接による接続部Ｐに角部のような断面形状が急激に変化する部分が形成されることとなる。すなわち、これらの部品を溶接する場合、溶接部に開先を設ける必要があるため、これらの部品の溶接による接続部Ｐにこうした部分ができることは避けられない。こうした接続部Ｐに断面形状が急激に変化する部分が形成されると、建設作業時にこの部分に集中応力が発生するため、アームの中枢をなすアームの先端側の部分の強度が低下する。

第２に、アームの先端側の部分を組み立てる場合、円筒部材１１ａ，１２ａとチューブ１１ｂ，１２ｂや一対のアームの側板１３とを、時間のかかる溶接により取り付ける必要がある。そして、特に、円筒部材１１ａ，１２ａを側板１３に溶接する場合には、第１のボス１１と第２のボス１２とを互いに平行にかつ側板１３に直角に配置するように正確に位置決めするための専用の治具を用いて、ボス１１、１２をこの治具にセットした後に側板１３に溶接するという、煩雑な作業を要する。しかも、その場合、重いボス１１、１２をこの専用の治具に人力によりセットしなければならないため、アームの先端側の部分の組立に多大の手間と労力を要し、ひいては、製作コストの増加をもたらす。

本発明は、こうした従来の技術にみられる問題を解決するために創作されたものであって、その技術課題は、アームの先端側の部分について、従来の技術のような強度低下を招かず、従来の技術よりも組立に手間を要しない建設機械のアームを提供することにある。

本発明は、前記の技術課題を達成するため、
作業具を回動可能に軸着するためのピンを挿通する第１のボスと、一端部が作業具駆動用のシリンダに回動可能に軸着されたリンクの他端部を回動可能に軸着するためのピンを挿通する第２のボスとを先端側に備えた建設機械のアームを、
ピンが接触しない状態で挿通されるチューブ部とこのチューブ部の両端に接続されピンを回動可能に支持するチューブ部よりも厚肉の一対のピン支持部とを有する第１のボス及び第２のボスと、第１のボスにおける一対のピン支持部及び第２のボスにおける一対のピン支持部の間を接続する一対の側板部とを備えたアーム先端ユニットを、ピン支持部とチューブ部との接続部及びピン支持部と側板部との接続部が応力集中の生じない滑らかな断面形状になるように、鋳鋼を用いて鋳造により一体的に形成し、こうして形成したアーム先端ユニットをアーム本体に溶接して構成した。

本発明の建設機械のアームは、チューブ部とこのチューブ部の両端に接続される一対のピン支持部とを有する第１のボス及び第２のボスと、一対の側板部とを備えたアーム先端ユニットを鋳造により一体的に形成するようにしているので、アームの先端側の部分に、従来の技術のように溶接による接続部ができることはなく、それゆえ、溶接の際に設ける開先のような断面形状が急激に変化する部分を設ける必要がない。そして、アーム先端ユニットを鋳造により形成する場合に、ピン支持部とチューブ部との接続部及びピン支持部と側板部との接続部が応力集中の生じない滑らかな断面形状になるように形成しているので、建設作業時に、これらの接続部に集中応力が発生することはなく、従来の技術のようにアームの先端側の部分の強度が低下するようなことはない。

また、前記のようにアーム先端ユニットを鋳造で一体的に形成することにより、アームの先端側の部分をユニット（部分組立品）として鋳造により形成しているので、ピン支持部とチューブ部との間及びピン支持部と側板部との間を、従来の技術のように時間のかかる溶接により取り付けることは必要なくなるのは勿論のこと、専用の治具を用いて、ボスをこの治具にセットした後にアームの側板に溶接するという、従来の技術にみられるような煩雑な作業を行わないでも済む。そのため、アームの先端側の部分の組立に従来の技術のようには手間や労力を要しない。

以上の結果、本発明によれば、アームの先端側の部分について、従来の技術のような強度低下を招かず、従来の技術よりも組立に手間を要しない建設機械のアームを得ることができる。

以下の説明から明らかなように、本発明の建設機械のアームは、前記〔課題を解決するための手段〕の項に示した手段を採用しているので、アームの先端側の部分について、従来の技術のような強度低下を招かず、従来の技術よりも組立に手間を要しない。本発明の建設機械のアームを具体化する場合、特に、特許請求の範囲の請求項２に記載のように具体化すれば、アーム本体への溶接用接続部が鋳造によりアーム先端ユニットに一体的に付設されるとともに、溶接用接続部と第２のボスとの接続部が応力集中の生じない滑らかな断面形状になるように形成されるので、第２のボスをアーム本体に溶接により接続したときに、その接続部にも、応力集中が生じず、強度低下を招かない。

以下、本発明が実際上どのように具体化されるのかを図１及び図２を用いて説明することにより、本発明を実施するための望ましい形態を明らかにする。

図１は、本発明を具体化した建設機械のアームの要部の断面図であり、（ａ）は水平縦断面図、（ｂ）は垂直縦断面図、図２は、本発明を具体化した建設機械のアーム全体の側面図である。

本発明を具体化した以下に示す例の建設機械のアームは、すでに述べた従来の技術に係る建設機械のアームと同様、作業具としてのバケットを回動可能に軸着するためのピンを挿通する第１のボスと、一端部が作業具駆動用のシリンダとしてのバケットシリンダに回動可能に軸着されたリンクの他端部を回動可能に軸着するためのピンを挿通する第２のボスとを先端側に備えた油圧ショベルのアームに関するものである。なお、図１及び図２には、油圧ショベルの構造のうち、アームに関する構造しか図示していない。

図１及び図２において、１は油圧ショベルのバケットを回動可能に軸着するためのピンを挿通する第１のボス、１ａはこの第１のボス１に挿通されるピンを支持するための第１のボス１の円筒状のピン支持部、１ｂはこのピン支持部１ａが両端に接続されている第１のボス１の円管状のチューブ部、１ｃはピンを挿通するための第１のボス１のピン孔、２はシリンダの動作をバケットに伝達するためのリンク機構における第２のリンクの他端部を回動可能に軸着するためのピンを挿通する第２のボス、２ａはこの第２のボス２に挿通されるピンを支持するための第２のボス２の円筒状のピン支持部、２ｂはこのピン支持部２ａが両端に接続されている第２のボス２の円管状のチューブ部、２ｃはピンを挿通するための第２のボス２のピン孔、３はアーム先端ユニット４の側板部、４はアーム先端ユニット５をアーム本体６に溶接により接続するための溶接用接続部、５はアームの先端側の部分をユニット（部分組立品）として一体的に形成したアーム先端ユニット、６はこのアーム先端ユニット５を取り付けてアームを構成するためのアーム本体である。

第１のボス１は、左右一対のピン支持部１ａとチューブ部１ｂとの集合体として一体的に形成されている。このうち、チューブ１ｂは、薄肉に形成してピンを接触させない状態で挿通できるようにしており、ピンの両端部付近を支持するピン支持部１ａは、チューブ１ｂよりも厚肉に形成して十分な強度をもたせるようにしている。同様にして、第２のボス２は、左右一対のピン支持部２ａとチューブ部２ｂとの集合体として一体的に形成されており、チューブ部２ｂをピンが接触しない状態で挿通されるように形成するとともに、ピン支持部２ａをチューブ部２ｂよりも厚肉に形成している。

側板部３は、左右一対設けられて、ピン支持部１ａ及びピン支持部２ａと一体のものとして形成され、前後に間隔を置いて配置したピン支持部１ａ及びピン支持部２ａの左側のもの同士及び右側のもの同士を接続している。溶接用接続部４は、図１（ｂ）に良く表されているように環状をなしており、左右の各ピン支持部２ａの外周部にそれぞれ一体的に付設されている。アーム本体６は、ボス１，２が設けられるアームの先端側の部分をアームから除去した部分をいう。このアーム本体６は、一対の側面板６ａを、左右に間隔を置いて配置して構成しており、両側面板６ａの頂部及び底部には、それぞれ上面板６ｂ及び底面板６ｃが取り付けられる。アーム本体６の各側面板６ａの前端部には、環状の溶接用接続部４の後半部を嵌め込むための半円状の凹部がそれぞれ形成されている。

アーム先端ユニット５は、アームの先端側の部分をなす第１のボス１と第２のボス２と両ボス１，２を接続する左右の側板部３とを一体化してユニットとしたものであり、鋳造により一体的に形成する。その場合、これを鋳造するための金属材料として、特に鋳鋼を使用する。鋳造品は、通常、溶接に不向きであるが、アーム先端ユニット５を鋳造するための金属材料として鋳鋼を用いることにより、これを溶接により取り付けることが可能となる。また、アーム先端ユニット５を鋳造により形成するときには、ピン支持部１ａ，２ａとチューブ部１ｂ，２ｂの接続部Ｑ及びピン支持部１ａ，２ａと側板部３の接続部Ｒが応力集中の生じない滑らかな断面形状になるように形成して、これらの接続部Ｑ，Ｒに角部が生じないようにする。こうして形成されたアーム先端ユニット５には、左右の側板部３の頂部や底部に必要に応じて上面板や底面板等が取り付けられる。

ここに示す例では、アーム先端ユニット５を鋳造により形成する際に、特に、溶接用接続部４を第２のボス２における一対のピン支持部２ａに付設しているので、これらのピン支持部２ａと溶接用接続部４の接続部Ｓについても、応力集中の生じない滑らかな断面形状になるように形成する。こうして形成したアーム先端ユニット５は、環状の各溶接用接続部４の後半部を、アーム本体６の各側面板６ａに形成された前記半円状の凹部に嵌め込んで溶接して取り付けられ、かくして、建設機械のアームが形成される。なお、アーム先端ユニット５を形成する際にこうした溶接用接続部４を付設することは必ずしも必要でなく、溶接用接続部４を付設しない場合には、第２のボス２のピン支持部２ａをアーム本体６の側面板６ａに直接溶接してアームを構成する。

以上述べた建設機械のアームは、チューブ部１ｂとこのチューブ部１ｂの両端に接続される一対のピン支持部１ａとを有する第１のボス１と、チューブ部２ｂとこのチューブ部２ｂの両端に接続される一対のピン支持部２ａとを有する第２のボス２と、両ボス１，２を接続する左右の側板部３とを備えたアーム先端ユニット５を、鋳造により一体的に形成するようにしているので、アームの先端側の部分に、従来の技術のように溶接による接続部ができることはなく、それゆえ、溶接の際に設ける開先のような断面形状が急激に変化する部分を設ける必要がない。そして、アーム先端ユニット５を鋳造により形成する場合に、ピン支持部１ａ，２ａとチューブ部１ｂ，２ｂの接続部Ｑ及びピン支持部１ａ，２ａと側板部３の接続部Ｒが応力集中の生じない滑らかな断面形状になるように形成しているので、建設作業時に、これらの接続部Ｑ，Ｒに集中応力が発生することはなく、従来の技術のようにアームの先端側の部分の強度が低下するようなことはない。

また、アーム先端ユニット５を鋳造で一体的に形成することにより、アームの先端側の部分をユニット（部分組立品）として鋳造により形成しているので、第１のボス１におけるピン支持部１ａとチューブ部１ｂとの間、第２のボス２におけるピン支持部２ａとチューブ部２ｂとの間及びピン支持部１ａ，２ａと側板部３との間を、従来の技術のように時間のかかる溶接により取り付けることは必要なくなるのは勿論のこと、専用の治具を用いて、ボス１１，１２をこの治具にセットした後にアームの側板１３に溶接するという、従来の技術にみられるような煩雑な作業を行わないでも済む。そのため、アームの先端側の部分の組立に従来の技術のようには手間や労力を要しない。

以上の結果、この建設機械のアームでは、アームの先端側の部分について、従来の技術のような強度低下を招かず、従来の技術よりも組立に手間を要しない。また、アーム先端ユニット５を鋳造で形成する場合に、特に、溶接用接続部４を第２のボス２における一対のピン支持部２ａにそれぞれ付設して一体的に形成し、その場合に、ピン支持部２ａと溶接用接続部４の接続部Ｓが応力集中の生じない滑らかな断面形状になるように形成しているので、第２のボス２のピン支持部２ａをアーム本体６の側面板６ａに溶接により接続したときに、その接続部Ｓにも、応力集中が生じず、強度低下を招かない。また、ここに示す例では、溶接用接続部４を、溶接面が特に曲面になるように環状に形成して側面板６ａの半円状凹部に嵌め込んで溶接するようにしているので、溶接用接続部４を側面板６ａに大きな溶接面で溶接することができるとともに両者の溶接部に応力集中も生じない。

本発明を具体化した建設機械のアームの要部の断面図であり、（ａ）は水平縦断面図、（ｂ）は垂直縦断面図である。 本発明を具体化した建設機械のアーム全体の側面図である。 従来の技術に係る建設機械のアームの要部の水平縦断面図である。 従来の技術に係る建設機械のアーム全体の側面図である。

符号の説明

１ 第１のボス
１ａ ピン支持部
１ｂ チューブ部
１ｃ ピン孔
２ 第２のボス
２ａ ピン支持部
２ｂ チューブ部
２ｃ ピン孔
３ 側板部
４ 溶接用接続部
５ アーム先端ユニット
６ アーム本体
６ａ （アーム本体６の）側面板
Ｑ （ピン支持部１ａ，２ａとチューブ部１ｂ，２ｂの）接続部
Ｒ （ピン支持部１ａ，２ａと側板部３の）接続部
Ｓ （ピン支持部２ａと溶接用接続部４の）接続部

Claims (2)

1. 作業具を回動可能に軸着するためのピンを挿通する第１のボスと、一端部が作業具駆動用のシリンダに回動可能に軸着されたリンクの他端部を回動可能に軸着するためのピンを挿通する第２のボスとを先端側に備えた建設機械のアームにおいて、ピンが接触しない状態で挿通されるチューブ部とこのチューブ部の両端に接続されピンを回動可能に支持するチューブ部よりも厚肉の一対のピン支持部とを有する第１のボス及び第２のボスと、第１のボスにおける一対のピン支持部及び第２のボスにおける一対のピン支持部の間を接続する一対の側板部とを備えたアーム先端ユニットを、ピン支持部とチューブ部との接続部及びピン支持部と側板部との接続部が応力集中の生じない滑らかな断面形状になるように、鋳鋼を用いて鋳造により一体的に形成し、こうして形成したアーム先端ユニットをアーム本体に溶接して構成したことを特徴とする建設機械のアーム。
2. 請求項１に記載の建設機械のアームにおいて、アーム先端ユニットを、鋳鋼を用いて鋳造により一体的に形成する場合に、アーム先端ユニットをアーム本体に溶接により接続するための溶接用接続部を第２のボスにおける一対のピン支持部に付設して一体的に形成し、その場合に、溶接用接続部と第２のボスとの接続部が応力集中の生じない滑らかな断面形状になるように形成したことを特徴とする建設機械のアーム。

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