JP2007247143A - 掘削作業機のアーム - Google Patents

Abstract

【課題】掘削作業機の作業機を構成するアームの製造コスト及び製造工数を削減する。
【解決手段】クローラ式走行装置の上部中央に左右旋回可能に支持される上部旋回体に装着した作業機のアーム２０において、該アーム２０を、一体成形にて鋳造されるアーム支点部２１と、バケット支点部２４と、バケットシリンダーボトム支点部２２と、前記アーム支点部２１と前記バケット支点部２４を連結し、その上面に前記バケットシリンダーボトム支点部２２を固設した汎用角型管２８とから構成した。
【選択図】図４

Description

本発明は、パワーショベル等に代表される掘削作業機において、作業機を構成するアームの構造技術に関する。

パワーショベルは、油圧式ショベル式掘削機械としてよく知られている掘削作業機である。パワーショベルの基本構造は、自走できる下部走行体と、その上で３６０度回転できる上部旋回体がベースである。上部旋回体には、ブームとアームが備えられ、ここにバケットなどのアタッチメントが取り付けられる。一般に、パワーショベルでは、ブーム、アーム及びバケットをまとめて作業部と称し、ブーム及びアームをフロントと称している。

アームは、アーム支点部、バケット支点部及びバケットシリンダーボトム支点部の３つの支点部を有する筒型構造の構造体である。アームは、作業機においてブームとバケットを連結する「腕」の役割を有している。また、アームはバケットを作動させるバケットシリンダーが上側に配置される。

パワーショベルの作業中のバランスを保つため、また掘削作業時の負荷に耐えるために、アームは強度及び軽量化が必要とされる。従来、上板及び下板に左右の側板を溶接にて接合し、横断面が四角形であるアームが最も一般的に用いられていた。このようなアームは強度が必要とされるブーム側部分の横断面積を大きくしている。また、横断面が三角形や略台形形状（例えば、特許文献１）であるアームも公知である。
特開２００４−２１１５０５号公報

しかし、ブーム側部分を幅広とする側板等の製造並びに、これらの側板の溶接にての接合は作業に多大な時間と労力を要した。部品コスト及び製造コストの浪費はすなわち製造コストの浪費である。
そこで、解決しようとする課題は、掘削作業機の作業機を構成するアームの製造コスト及び製造工数を削減することである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、クローラ式走行装置の上部中央に左右旋回可能に支持される上部旋回体に装着した作業機のアームにおいて、該アームを、一体成形にて鋳造されるアーム支点部と、バケット支点部と、バケットシリンダーボトム支点部と、前記アーム支点部と前記バケット支点部を連結し、その上面に前記バケットシリンダーボトム支点部を固設した汎用角型管とから構成されるものである。

請求項２においては、請求項１記載のアームにおいて、前記アーム支点部、バケット支点部及びバケットシリンダーボトム支点部は同一とし、前記汎用角型管の長さを変更した全長の異なるアームを構成するものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、掘削作業機のアームの構成において、一体成形の鋳造部品以外のストレート部分すなわち形状を単純にできる部分は、汎用角型管を必要長切断するのみで製作できる。すなわち、アームの部品数を削減することができる。汎用角型管の採用並びに部品数の削減により部品コストが削減できる。また、汎用角型管を用いることで溶接箇所が削減するので製造工数が削減できる。

請求項２においては、請求項１の効果に加え、汎用角型管の長さを変更するのみで搭載する掘削作業機に応じた長さのアームを複数製作することができる。つまり、掘削作業機におけるアームの汎用性を向上できる。

次に、発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の実施例に係るパワーショベルの全体的な構成を示した斜視図、図２は同じく作業機の構成を示した斜視図、図３は同じくブームの構成を示した斜視図及びストレート部の断面図である。
図４は同じくアームの構成を示した斜視図及びストレート部の断面図、図５は標準ブーム及びロングフロントのブームを示した斜視図、図６は標準アーム及びロングフロントのアームを示した斜視図である。

図１に示すように、掘削作業機としてよく知られたパワーショベル５０を本発明の実施例とする。パワーショベル５０は掘削機械として土砂や岩を掘削するための掘削作業機である。このパワーショベル５０はもっとも多用されている油圧式ショベルの掘削機械であり、土砂の掘削作業を主目的に、積み込み作業を行なうことができる。

図１に示すように、パワーショベル５０は、大まかにはクローラ式走行装置４０、該クローラー式走行装置４０の上部中央に左右旋回可能に支持される上部旋回体３０、該上部旋回体３０の前部左右中央に装着される作業機１０より構成されている。
クローラ式走行装置４０の前後一側には、ブレード４１が上下回動自在に配設されている。なお、クローラ式走行装置４０は可変ゲージのクローラを用いることも可能であり、作業時にクローラの間隔を広げることで安定性を確保できる。
上部旋回体３０の車体フレーム３１の後上部にはエンジン（図示なし）が搭載され、該エンジンの後部は図示しないボンネット及び車体フレーム３１により被覆され、両側部はカバー３２・３２により覆われている。該カバー３２・３２の間かつエンジンの上方には運転席３３が配置されている。運転席３３の前または側部の近傍に操作レバーやロックレバーなどが配置されるとともに、運転席３３前方のステップ３４上にペダルなどが配置されて運転操作部３５が構成されている。また、運転操作部３５の上方にキャノピー３６又は周囲にキャビンが配設される。

図２に示すように、作業機１０は、大まかにブーム１５、アーム２０、及びバケット２５より構成されている。
ここで、ブーム１５、アーム２０、及びバケット２５を駆動する装置について説明する。車体フレーム３１の前端の左右中央部にはブームブラケット３７が左右回動可能に取り付けられ（図１参照）、スイングシリンダー（図示なし）により左右回動される。該ブームブラケット３７上部にはブーム１５の下部に設けたブーム支点部１６が、上下（前後）回動自在に支持されている。また、ブーム１５を回動させるために、ブームシリンダー１７がブームブラケット３７前部とブーム１５中途部のブームシリンダーロッド支点部１８の前部との間に介装されている。さらに、アーム２０を回動させるため、アームシリンダー２３がブーム１５中途部のブームシリンダーロッド支点部１８とアーム２０の後端部に設けたアーム支点部２１との間に介装されている。さらに、バケット２５を回動させるため、バケットシリンダー２６がアーム２０後部のバケットシリンダーボトム支点部２２とバケット２５との間に介装されている。
このようにして作業機１０は、ブーム１５がブームシリンダー１７の伸縮駆動により回動可能とされ、アーム２０がアームシリンダー２３の伸縮駆動により回動可能とされ、バケット２５がバケットシリンダー２６の伸縮駆動により回動可能とされている。
これらの油圧アクチュエータであるシリンダー１７・２３・２６や上部旋回体を回動させる旋回モーターは、運転操作部１３（図１参照）に配設された操作レバーやペダルなどの回動操作によりコントロールバルブ（図示なし）を切り換えることで、油圧ポンプ（図示なし）から油圧ホースを通じて圧油を供給されて駆動するように構成されている。

図３に示すように、ブーム１５は中途部で前方に屈曲されて、側面視略「く」字状に形成されている。なお、ブーム１５の構成がわかりやすいように、図３はそれぞれのパーツを離して示している。
ブーム１５はブーム支点部１６、アームシリンダーロッド支点部１８、アーム支点部１９、第一ストレート部（第一汎用角型管）６１及び第二ストレート部（第二汎用角型管）６２等から構成され、ブーム支点部１６とアームシリンダーロッド支点部１８の間に第一ストレート部６１が配置され、アームシリンダーロッド支点部１８とアーム支点部１９の間に第二ストレート部６２が配置され、それぞれ溶接により固設される。ブーム支点部１６、アームシリンダーロッド支点部１８及びアーム支点部１９は、一体成形による鋳造部品としている。一方、ストレート部６１・６２は、縦と横の長さ所定長さに定められた（規格化された）金属製の汎用角型パイプを使用している。本実施例では第一ストレート部６１及び第二ストレート部６２は同一の汎用角型パイプを使用している。つまり、図３に示すように、第一ストレート部６１及び第二ストレート部６２は長さが違うのみで、第一ストレート部６１のＡＡ´断面及び第二ストレート部６１のＢＢ´断面の断面形状は同じとしている。なお、該第一ストレート部６１の断面形状を第二ストレート部６２の断面形状より大きく構成して、多少の軽量化を図ることも可能である。

ブーム支点部１６は基部側には左右方向に軸孔１６ａを開口し、枢支軸によりブームブラケット３７の上部に枢支される。ブーム支点部１６の他端側（上部）は第一ストレート部６１の断面形状に合わせた四角形状に開口し、この開口部１６ｂの外周に縁部を形成して第一ストレート部６１の一端を嵌合できるようにしている。

アームシリンダーロッド支点部１８は、側面視略「く」字形の角パイプ状に形成され、一端（下部）の開口部１８ａは第一ストレート部６１の断面形状に合わせた四角形状に開口し、この開口部１８ａの外周に縁部を形成して第一ストレート部６１の他端を嵌合できる構成としている。アームシリンダーロッド支点部１８の他端（上部）の開口部１８ｂは第二ストレート部６２の断面形状に合わせた四角形状に開口し、この開口部１８ｂの外周に縁部を形成して第二ストレート部６２の一端を嵌合できる構成としている。アームシリンダーロッド支点部１８の前面側の上下中途部には、左右方向に軸孔１８ｃが開口され、枢支軸によりブームシリンダー１７のピストンロッド先端を枢支できる構成としている。アームシリンダーロッド支点部１８の後面側の上下中途には支持凸部１８ｄ・１８ｄが形成され、該支持凸部１８ｄ・１８ｄにそれぞれ軸孔が左右方向に開口され、アームシリンダー２３のボトム側を枢支軸により支持する構成としている。

アーム支点部１９は基部側に第二ストレート部６２の断面形状に合わせた四角形状の開口部１９ａを形成し、この開口部１９ａの外周に縁部を形成して第二ストレート部６２の他端（上部）を嵌合できる構成としている。アーム支点部１９の他端（先端）は二股に分かれた突出部１９ｂ・１９ｂを形成し、該突出部１９ｂ・１９ｂにそれぞれ軸孔を左右方向に開口し、枢支軸によりアーム２０の基部側を枢支する構成としている。なお、前記支点部の開口側の外周とストレート部の外周を同一形状とすることで段差のない接合が可能であり、外観を向上することができる。

掘削機械の作業中のバランスを保つため、また掘削作業時の負荷に耐えるために、ブームは強度及び軽量化が必要とされる。従来、上板及び下板に左右の側板を溶接にて接合し、横断面が四角形であるブームが最も一般的に用いられてきた。
本実施例のように、ストレート部６１・６２に同じ汎用角型パイプを用いることで、ブーム１５の部品数（部品の種類）を削減することができる。また、一般的に汎用角型パイプは価格が安い。つまり、部品数削減及び汎用角型パイプの採用によってブーム１５の部品コストを削減できる。さらに、汎用角型パイプは必要長のみ切断するのみの加工で、従来のように断面を形成する溶接作業がなく製造工数が削減できる。このようにして、部品コスト及び製造工数を削減することで製造コストを削減できる。
ストレート部６１・６２に汎用角型パイプを用いても、アームシリンダーロッド支点部１８の上端及び下端接合面の角度を調整することで「く」の字状に形成できることは従来と同じである。また、従来は断面積を大きくすることで必要強度を保っていた中央部分は、鋳造部品であるアームシリンダーロッド支点部１８の断面積を大きくすることで必要強度を得ることができる。

図４に示すように、アーム２０は大まかにはストレート部２８の前後に支点部を設けた構成とされている。なお、アーム２０の構成がわかりやすいように、図４はそれぞれのパーツを離して示している。
アーム２０はストレート部２８と、その両側に配置して溶接等により固設するアーム支点部２１とバケット支点部２４と、ストレート部２８上に設けるバケットシリンダーボトム支点部２２と、アーム支点部２１とバケットシリンダーボトム支点部２２を連結するアーム補強材２７等から構成されている。アーム支点部２１、バケットシリンダーボトム支点部２２及びバケット支点部２４は、一体成形による鋳造部品としている。一方、ストレート部２８は汎用角型パイプを使用している。図４には、ストレート部２８のＣＣ´断面の断面図を示している。また、アーム補強材２７は板金の曲げ加工等で製作される。

アーム支点部２１は、基部側には左右方向に軸孔２１ａを開口し枢支軸によりアームシリンダー２３のピストンロッド先端を枢支でき、中途部には左右方向に軸孔２１ｂを開口し枢支軸によりブーム１５の上部に枢支できる構成としている。アーム支点部２１の他端側（先端部）はストレート部２８の断面形状に合わせた四角形状に開口し、この開口部２１ｃの外周に縁部を形成してストレート部２８の一端を嵌合できるようにしている。

バケット支点部２４は基部側にストレート部２８の断面形状に合わせた四角形状の開口部２４ａを形成し、この開口部２４ａの外周に縁部を形成してストレート部２８の他端（先端）を嵌合できる構成としている。バケット支点部２４の他端（先端）には軸孔２４ｂを左右方向に開口し枢支軸によりバケット２５の基部側を枢支でき、中途部には軸孔２４ｃを左右方向に開口しバケットシリンダー２６のピストンロッド先端と連結した連結リンク３９の一端を枢支できる構成としている。なお、前記支点部の開口側の外周とストレート部の外周を同一形状とすることで段差のない接合が可能であり、外観を向上することができる。

バケットシリンダーボトム支点部２２は正面視Π状に構成され、ストレート部２８の後部上面に溶接等により固設される構成としている。また、開放側の上部に軸孔を開口して枢支軸によりバケットシリンダー２６の基部側を枢支できる構成としている。そして、該バケットシリンダーボトム支点部２２の上部とアーム支点部２１との上部が、アーム補強材２７により溶接等により連結固定される。

掘削機械の作業中のバランスを保つため、また掘削作業時の負荷に耐えるために、アームは強度及び軽量化が必要とされる。従来、上板及び下板に左右の側板を溶接にて接合し、横断面が四角形であるアームが最も一般的に用いられてきた。
本実施例のように、ストレート部２８に汎用角型パイプを用いることで、アーム２０の部品数を削減することができる。また、一般的に汎用角型パイプは価格が安い。つまり、部品数削減及び汎用角型パイプの採用によってアーム２０の部品コストを削減できる。さらに、汎用角型パイプは必要長のみ切断するのみの加工であり、従来のように断面を形成する溶接作業がなく製造工数が削減できる。このようにして、部品コスト及び製造工数を削減することで製造コストを削減できる。
従来はブーム側の断面積を大きくすることで必要強度を保っていたブーム側部分は、鋳造部品であるアーム支点部２１及びバケットシリンダーボトム支点部２２並びにアーム補強材２７にて必要強度を得ることができる。

そして、前記ブーム１５の第一ストレート部６１及び第二ストレート部６２で使用した同一の汎用角型パイプを、アーム２０のストレート部２８に使用することも可能である。このようにして、作業機１０のストレート部２８・６１・６２に同一の汎用角型パイプを必要長のみ切断して製作することで、さらに製造コストも削減することができる。

図５に示すように、上述したブーム１５（標準ブーム）より全長の長いブーム５１（ロングブーム）がパワーショベル５０に備えられる場合もある。ブーム及びアームをフロントと称していることから、このような標準より長いブームやアームを備えた掘削機械を一般にロングフロント又はハイリフトフロントと呼ぶ。ロングフロントは作業半径を広げるため或いはより深い位置を掘削するために採用され、ハイリフトフロントは通常より高い位置まで届かせるために採用される。
本実施例では、標準ブーム１５のストレート部６１・６２の長さをそれぞれ長くしたストレート部７１・７２と、標準ブーム１５同様のブーム支点部１６、アームシリンダーロッド支点部１８及びアーム支点部１９にてロングブーム５１を構成可能としている。
このように汎用角型管の長さを変更するのみで、搭載する掘削作業機に応じた長さのブームを複数製作することができる。つまり、同機種の掘削作業機におけるブームの汎用性を向上し機種全体での製造コストを削減できる。
ただし、第一ストレート部６１を延長した場合には、同一ブームシリンダー使用するために、そのピストンロッド先端を支持する支持部を第一ストレート部６１の上前面に設ける必要があり、また、第二ストレート部６２を延長した場合上に、同じアームシリンダーを使用ために、そのボトム側の支持部を第二ストレート部６２の後上部に設ける必要がある。

以上のように、前記ブーム支点部１６、アームシリンダーロッド支点部１８及びアーム支点部１９は同一とし、前記第一ストレート部６１と第二ストレート部６２の何れか一方または両方の長手方向の長さを変更した全長の異なるブームを、ブームブラケット３７に装着して作業可能に構成したので、汎用角型管の長さを変更するのみで搭載する掘削作業機に応じた長さのブームを複数製作することができる。つまり、同機種の掘削作業機におけるブームの汎用性を向上できる。

図６に示すように、上述したアーム２０（標準アーム）より全長の長いアーム５１（ロングアーム）がパワーショベル５０に備えられる場合もある。
本実施例では、標準アーム２０のストレート部２８の全長を長くしたストレート部２９と、標準アーム２０同様のアーム支点部２１、バケットシリンダーボトム支点部２２及びバケット支点にてロングアーム５１を構成可能としている。なお、アーム補強材２７は必要に応じて長さを変えることが好ましい。
このように汎用角型管の長さを変更するのみで、搭載する掘削作業機に応じた長さのアームを複数製作することができる。つまり、同機種の掘削作業機におけるアームの汎用性を向上し機種全体での製造コストを削減できる。

本実施例では、パワーショベル５０においてブーム１５及びアーム２０のストレート部２８・６１・６２に汎用角型パイプを用いることで製造コストを削減可能とした。本発明はパワーショベル５０に限定されるものではなく、ブーム又はアームを有する他の掘削機械にも適用可能である。

本発明の実施例に係るパワーショベルの全体的な構成を示した斜視図。 同じく作業機の構成を示した斜視図。 同じくブームの構成を示した斜視図及びストレート部の断面図。 同じくアームの構成を示した斜視図及びストレート部の断面図。 標準ブーム及びロングフロントのブームを示した斜視図。 標準アーム及びロングフロントのアームを示した斜視図。

符号の説明

１０ 作業機
２０ アーム
２１ アーム支点部
２２ バケットシリンダーボトム支点部
２４ バケット支点部
２８ 汎用角型管
３０ 上部旋回体
４０ クローラ式走行装置

Claims (2)

1. クローラ式走行装置の上部中央に左右旋回可能に支持される上部旋回体に装着した作業機のアームにおいて、
   該アームを、一体成形にて鋳造されるアーム支点部と、バケット支点部と、バケットシリンダーボトム支点部と、
   前記アーム支点部と前記バケット支点部を連結し、その上面に前記バケットシリンダーボトム支点部を固設した汎用角型管と
   から構成されることを特徴とするアーム。
2. 請求項１記載のアームにおいて、
   前記アーム支点部、バケット支点部及びバケットシリンダーボトム支点部は同一とし、
   前記汎用角型管の長さを変更した全長の異なるアームを構成することを特徴とするアーム。