JP2013072489A

JP2013072489A - 作業機械の軸部シール構造

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Publication number: JP2013072489A
Application number: JP2011211999A
Authority: JP
Inventors: Akio Takeuchi; 明雄竹内
Original assignee: Takeuchi Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Takeuchi Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2011-09-28
Filing date: 2011-09-28
Publication date: 2013-04-22
Anticipated expiration: 2031-09-28
Also published as: JP5898896B2

Abstract

【課題】軸支持機構において、摺動間隙への土砂等の異物の侵入を防止し、かつ、間隙の
変動に伴う軸長手方向のガタツキを防止する軸部シール構造を提供する。
【解決手段】揺動または回動する作業部材２０を軸支持機構によって枢結し、作業部材に
取り付けた軸ピン２３と、軸ピンに対して回動可能に軸支されたボス部５３ａと、ボス部
の両側の軸ピンに、該ボス部の端面と所定の間隙Ｇ１を介して設置された固定部材２１ｂ
と、間隙Ｇ１に装着される弾性材料による軸シール部材２６とからなり、軸シール部材は
、中心穴２６ｃを有する板状部２６ａと、該板状部の両面に突出して中心穴の外周部分に
突条に形成された突起部２６ｂとを備え、突起部がボス部の端面及び固定部材の端面に圧
接して間隙の大きさを規制する。
【選択図】図２

Description

本発明は、油圧アクチュエータにより作業装置を作動させて作業を行う作業機械におい
て、バケット等の作業部材を揺動可能に保持する軸支持機構での軸部シール構造に関する
。

上記のような作業機械の一例として、地面を掘削したり掘削した土砂等を移動させる際
に使用されるスキッドステアローダやパワーショベルなどが、従来広く知られている。例
えばパワーショベルは、走行装置を備えた車体に、ブーム、アーム及びバケット等の作業
装置を設けて構成され、これら走行装置や作業装置は油圧駆動式のアクチュエータにより
駆動される。

上記作業機械のバケットの揺動機構においては、一般的な軸支持機構が採用された場合
においても、上記掘削作業または移動作業などの作業に伴って、取り扱っている土砂等が
、作業装置の回動部分または摺動部分の微小隙間に接触して、軸部に侵入することに伴う
不具合を未然に防止することが要求される。

上記土砂等の異物が侵入しないようにシールする従来構造の一例としては、図４に示す
ように、ピンシールとＯリングを設置することによって土砂等の侵入を防止する構造があ
る。

これは、例えば、作業部材２０（バケット）に固着された両側のブラケット１２１の貫
通穴に、中心軸となる軸ピン２３を挿通固定し、このブラケット１２１の間の軸ピン２３
の外周にリンクアーム５３の先端の筒状ボス部５３ａを回動可能に支持する軸支持機構が
採用されている。この筒状ボス部５３ａの軸受け穴の内周には筒状ブッシュ５７を介して
上記軸ピン２３が挿通され、ブッシュ５７に対して軸ピン２３の端部のグリスニップル２
３ｂからグリス通路２３ａを経てグリスが供給され、潤滑が行われる。

その場合に、上記筒状ボス部５３ａの両側端面と対向するブラケット１２１の内端部に
は環状固定部材１２１ｂが設置されて、ボス部５３ａとブラケット１２１との間隙が調整
される。また、この筒状ボス部５３ａの両側における固定部材１２１ｂとの間に形成され
る微小隙間に異物が侵入するのを防止するために、固定部材１２１ｂの外周部に凹状溝１
２５を形成し、この凹状溝１２５にＯリング１２６を装着するシール構造が採用されてい
る。また、ボス部５３ａの内周の軸受け穴の端部には、ピンシール５８（ダストシール）
が装着され、軸ピン２３外周とブッシュ５７との摺動隙間に土砂等の異物が侵入するのを
防止する構造が採用されている（後述の図３参照）。

また、他の従来の軸部シール構造として、下記特許文献１には、上記した図４と同様の
軸支持機構において、その筒状ボス部の両側のブラケットとの間に形成される間隙の大き
さを調整するために、円板状のシムを介装するとともに、このシムの部分に土砂などの異
物が侵入しないように、外周部に凹状溝を設け、同様にＯリングを設置する軸部シール構
造が採用されている。また、ブラケットにおける軸支穴と軸ピン外周とのシールを行うた
めに、ブラケットの軸支穴の内周面に溝を設けてＯリングを装着することも提案されてい
る。

実開平７−２５０４９号公報

ところで、図４に示した、上記一例の従来構造では、作業部材２０のブラケット１２１
とリンクアーム５３の筒状ボス部５３ａとの間隙が、摩耗または変形により大きくなれば
、リンクアーム５３に対して作業部材２０が軸長手方向に動いてガタつくことになり、そ
れに伴ってＯリング１２６が凹状溝１２５から外側へ逃げ、シール性が低下する場合があ
る。そして、土砂等の異物が、ボス部５３ａと固定部材１２１ｂとの隙間、及びボス部５
３ａと軸ピン２３の外周との隙間からブッシュ５７の部分へ侵入し、揺動性、潤滑性が損
なわれる恐れがある。

また、上記特許文献１に記載された他方の従来構造では、Ｏリングを２か所使い、かつ
、作業部材（バケット）側にＯリング溝を追加工しなければならないので、製造コストが
上昇する問題を有している。さらに、ボス部の軸方向移動、つまりガタツキをシムで調整
するので、異なる厚みのシムを用意する必要があるなどのシム調整の工数がかかる問題を
有している。

本発明は上記のような課題に鑑みてなされたものであり、作業部材の軸支持機構におい
て、摺動間隙への土砂等の異物の侵入を防止し、かつ、ボス部と固定部材との間隙の変動
に伴う軸長手方向のガタツキを防止するようにした作業機械の軸部シール構造を提供する
ことを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る作業機械の軸部シール構造は、揺動または回動
する作業部材（例えば、実施形態における作業部材２０）を軸支持機構によって枢結した
作業装置を有する作業機械において、
前記作業部材に取り付けられた軸ピン（例えば、実施形態における軸ピン２３）と、前
記軸ピンに対して回動可能に軸支されたボス部（例えば、実施形態におけるボス部５３ａ
）と、前記ボス部の両側の前記軸ピンに、該ボス部の端面と所定の間隙（例えば、実施形
態における間隙Ｇ１）を介して設置された固定部材（例えば、実施形態における固定部材
２１ｂ）と、前記間隙に装着される弾性材料による軸シール部材（例えば、実施形態にお
ける軸シール部材２６）とからなり、
前記軸シール部材は、中心穴（例えば、実施形態における中心穴２６ｃ）を有する板状
部（例えば、実施形態における板状部２６ａ）と、該板状部の両面に突出して前記中心穴
の外周部分に突条に形成された突起部（例えば、実施形態における突起部２６ｂ）とを備
え、
前記突起部が前記ボス部の端面及び前記固定部材の端面に圧接して前記間隙の大きさを
規制することを特徴とする。

上述の軸部シール構造において、前記軸シール部材の中心穴は、該中心穴に挿通される
前記軸ピンの外径より所定量小さく設定されていることが好ましい。

上述の軸部シール構造において、前記ボス部の内周には前記軸ピンとの間にブッシュ（
例えば、実施形態におけるブッシュ５７）が装着され、該ブッシュの端部に軸ピンの周面
に摺接するピンシール（例えば、実施形態におけるピンシール５８）が設置されているこ
とが好ましい。

上述の軸部シール構造において、前記軸ピンの端部から形成されたグリス通路（例えば
、実施形態におけるグリス通路２３ａ）により前記ボス部の内周部に潤滑油が供給される
ことが好ましい。

上述の軸部シール構造において、前記作業部材がバケットであり、該バケットに固着さ
れたブラケット（例えば、実施形態におけるブラケット２１）に前記軸ピンが抜け止め及
び回り止め状態で保持されていることが好ましい。

本発明に係る軸部シール構造は、作業部材に取り付けられた軸ピンに回動可能に軸支さ
れたボス部と、その両側に設置された固定部材との間の間隙に、突条の突起部を有する弾
性材料による軸シール部材を装着して構成される。このため、作業に伴って土砂等の異物
が上記間隙からボス部の軸支部内に侵入するのを、軸シール部材の突起部の頂部が両側の
ボス部及び固定部材の端面に圧接して間隙をシールすることで防止できる。また、軸シー
ル部材の突起部がボス部の端面及び固定部材の端面に圧接することで間隙の大きさを規制
することができ、間隙の拡大に伴うボス部の軸長手方向への移動によるガタツキの発生を
阻止することができる。このようにＯリングを使用することなく、低コストで土砂等の異
物の侵入防止と、ボス部の軸方向へのガタツキの増大を防止するという両方の効果を得る
ことができる。

上述の軸部シール構造において、前記軸シール部材の中心穴は、該中心穴に挿通される
前記軸ピンの外径より所定量小さく設定されていることが好ましい。このように軸シール
部材の中心穴径を設定した場合には、該中心穴に軸ピンを挿通した際に、中心穴径が広が
って内周面が軸ピンの周面に圧接し、この軸ピン周面のシール性を確保して軸ピン周面に
おける間隙を通って外部から土砂等の異物が侵入するのを防止することができる。

また、上述の軸部シール構造において、前記ボス部の内周には前記軸ピンとの間にブッ
シュが装着され、該ブッシュの端部に軸ピンの周面に摺接するピンシールが設置されてい
ることが好ましい。このように、ボス部にブッシュ及びピンシールを設置した場合には、
ブッシュにより摺動特性が向上し耐久性が高まると共に、ピンシールによって軸ピン外周
面のシール性が向上し、ブッシュに対する異物の侵入をさらに防止することができる。

上述の軸部シール構造において、前記軸ピンの端部から形成されたグリス通路により前
記ボス部の内周部に潤滑油が供給されることが好ましい。このように、グリス通路を形成
して潤滑油を供給した場合には、ボス部の軸ピンに対する潤滑特性を確保できるとともに
、供給された潤滑油が軸ピンの周囲を伝わって軸シール部材に到達し、この軸シール部材
とボス部との摺接部分の潤滑性を得て、摩耗の発生を抑制し耐久性を高めることができる
。

上述の軸部シール構造において、前記作業部材がバケットであり、該バケットに固着さ
れたブラケットに前記軸ピンが抜け止め及び回り止め状態で保持されていることが好まし
い。このように、バケットに軸ピンを固着してボス部に対して揺動するように軸支持機構
を構成した場合には、バケットの揺動作動に伴って軸ピンがバケットに対して回動しない
ので、バケットと軸ピン間の揺動支持構造が不要であり、バケットに対する支持ピン取付
けの必要強度の確保が容易に行える。

本発明を適用した一例の作業装置を有する作業機械の要部構造を示す側面図である。図１のＡ−Ａ断面に沿う軸部シール構造を有する軸支持機構の断面図である。図２の軸部シール構造におけるＢ部拡大図である。従来の軸部シール構造の一例を有する軸支持機構の断面図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１には、本発明を適
用した軸部シール構造を有する軸支持機構が設置されている作業機械の一例としてパワー
ショベルの作業装置１０を示している。

この作業装置１０は、先端部の作業部材２０（バケット）と、該作業部材２０を揺動可
能に保持する作業アーム３０と、該作業アーム３０を起伏揺動可能に保持する作業ブーム
４０と、作業部材２０を揺動駆動する第１のアクチュエータ５０（油圧シリンダ）と、作
業アーム３０を揺動駆動する第２のアクチュエータ６０（油圧シリンダ）とを備えている
。

なお、図１には作業装置１０（ショベル機構）の要部のみ示し、上記作業ブーム４０の
基端部は、例えば、左右に走行機構が設けられて走行する走行台車（車体）の上部に旋回
可能に設けられた旋回台の前部に連結されてなり、この作業装置１０を旋回台の上部に立
設された運転者搭乗用のオペレータキャビンによって作動操作するように作業機械が設置
されている。本発明の軸部シール構造は、各種の作業機械に適用可能である。

図１の作業装置１０を具体的に説明する。作業部材２０の背部には後方に突出して左右
平行に伸びる板状のブラケット２１が固着されている（図２参照）。このブラケット２１
の先端側に、作業部材２０の揺動中心となる軸ピン２２が配設され、該軸ピン２２によっ
て作業アーム３０の先端部が枢結されている。ブラケット２１の他端側に、作業部材２０
を揺動操作するための軸ピン２３が設置され、第１のリンクアーム５３の先端部が枢結さ
れている。

上記第１のリンクアーム５３の他端部は、軸ピン５２によって第１のアクチュエータ５
０の伸縮ロッド５１の先端部に枢結されるとともに、上記軸ピン５２によって第２のリン
クアーム５４の基端部も第１のアクチュエータ５０の伸縮ロッド５１の先端部に枢結され
る。第２のリンクアーム５４の先端部は、軸ピン３３によって作業アーム３０の先端部近
傍に枢結されている。

そして、上記第１のリンクアーム５３及び第２のリンクアーム５４によって、平行四辺
形のリンク機構が形成され、第１のアクチュエータ５０の伸縮ロッド５１の伸縮動作に応
じて、作業部材２０（バケット）がブラケット２１の先端側の軸ピン２２を中心として揺
動するように構成されている。

作業アーム３０の基端部には略三角形の取付けブラケット３１が固着され、この取付け
ブラケット３１の前端部側に前記第１のアクチュエータ５０の基端部が軸ピン３２によっ
て枢結され、作業アーム３０の外側に略平行に第１のアクチュエータ５０が配設されてい
る。なお、作業アーム３０は、鋼板を適宜組み合わせることによって中空の角柱状に構成
されている。

上記作業アーム３０の基端部が、作業ブーム４０の先端に揺動中心となる軸ピン４１に
より枢結され、この作業アーム３０の取付けブラケット３１の基端部側に第２のアクチュ
エータ６０の伸縮ロッド６１の先端部が軸ピン６２によって枢結されている。そして、第
２のアクチュエータ６０の伸縮ロッド６１の伸縮動作に応じて、作業アーム３０が作業ブ
ーム４０の先端側の軸ピン４１を中心として揺動するように構成されている。

次に、図２及び図３に基づいて、上記軸ピン２３を中心とした、第１のリンクアーム５
３の先端部の筒状ボス部５３ａと作業部材２０のブラケット２１の軸支持機構を説明する
。

図２は図１のＡ−Ａ断面図であり、第１のリンクアーム５３の先端筒状ボス部５３ａと
、作業部材２０（バケット）に固着されたブラケット２１とが、軸ピン２３によって揺動
可能に枢結された軸支持機構を示し、この軸支持機構には本発明の軸シール構造が設置さ
れている。さらに、図３は図２のＢ部拡大図であり、軸シール部分の詳細を示している。

上記第１のリンクアーム５３の先端に筒状に形成されたボス部５３ａは、その軸受け穴
に円筒状のブッシュ５７が中間部に間隙を有して両側に嵌装され、両ブッシュ５７の外端
部にはそれぞれピンシール５８（ダストシール）が装着されている。

一方、作業部材２０の背面部には、所定間隔に板状のブラケット２１が固着され、両側
のブラケット２１に形成された貫通穴に回動中心軸となる軸ピン２３が挿通固定される。

この軸ピン２３の固定構造は、一方のブラケット２１の外面にリング状の係止部材２１
ａが固着され、この係止部材２１ａ及び軸ピン２３の端部に直径方向にボルト２４が装着
されて締結される。このボルト２４によって、軸ピン２３は抜け止めが施されるとともに
、ブラケット２１に対して回り止めが施されている。

また、両側のブラケット２１の内端面には所定の厚みの環状固定部材２１ｂが固着され
、両側の固定部材２１ｂの間の軸ピン２３に、それぞれ後述の軸シール部材２６を介して
第１のリンクアーム５３の先端ボス部５３ａが相対的に回動自在に保持される。その潤滑
構造は、軸ピン２３の一端中心部から両側のブッシュ５７の間に連通するグリス通路２３
ａが形成され、端部に設置されたグリスニップル２３ｂから潤滑油（グリス）が供給され
る。なお、上記潤滑油の一部は、ピンシール５８を越えて外側の軸シール部材２６の部分
に到達し、この軸シール部材２６（突起部２６ｂ）とボス部５３ａの側端面との間の潤滑
も行うようになっている。

前記ピンシール５８は、図３に示すように、その柔軟シール部の内周先端部分が軸ピン
２３の外周面に摺接し、このピンシール５８より内側のブッシュ５７の内周面と軸ピン２
３の外周面との摺動間隙に異物が侵入しないようにシール機能を得ている。

上記軸シール部材２６は従前のＯリングと同等の弾性特性を有する弾性材料によって円
盤状に形成され、図３に示すように、円環板状部２６ａの中間部には表裏両面に円環突条
に突出する突起部２６ｂを有してなる。板状部２６ａの中心部に開口した中心穴２６ｃに
は軸ピン２３が挿通されるが、この中心穴２６ｃの自由状態での内径は軸ピン２３の外径
より所定量小さく設定され、装着時に中心穴２６ｃが拡大変形して中心穴２６ｃの内周面
が挿入された軸ピン２３の周面に圧接してシール機能が得られるように構成されている。

また、上記軸シール部材２６の突起部２６ｂの高さ、つまり厚み方向の寸法は、ブラケ
ット２１の固定部材２１ｂの端面とボス部５３ａの側端面との間の間隙Ｇ１の寸法より所
定量大きくなるように設定され、装着時にはその軸方向押圧力により突起部２６ｂが圧縮
変形し、その変形に伴う弾性力によって突起部２６ｂの先端頂部が固定部材２１ｂの端面
及びボス部５３ａの側端面に圧接し、シール機能を確保しつつ、上記間隙Ｇ１を保持する
ようにシムと同様の機能を有する。

さらに、軸シール部材２６は、外部から固定部材２１ｂの内周面と軸ピン２３の外周面
との間の隙間Ｇ２を通って侵入する土砂等の異物に対するシールも行うようになっている
。

なお、軸シール部材２６は、上記のように間隙Ｇ１の大きさを調整するシムの機能を兼
ねるものであり、作業部材２０と第１のリンクアーム５３のボス部５３ａとが軸ピン２３
の軸方向に所定量以上に相対移動しないように、軸シール部材２６の材質（弾性率）、突
起部２６ｂの高さが設定されている。

上記のような実施形態によれば、第２のアクチュエータ６０を伸縮作動して作動アーム
３０を揺動駆動させるとともに、これと連係して第１のアクチュエータ５０を伸縮作動し
て作業部材２０を揺動駆動させることにより、作業部材２０（バケット）により掘削など
の作業を行う。

その際、掘削した土砂等の異物が第１のリンクアーム５３のボス部５３ａとブラケット
２１との軸ピン２３による軸支持機構に付着して、図３に矢印Ｄで示すように、ブラケッ
ト２１の固定部材２１ｂの端面とボス部５３ａの側端面との間の間隙Ｇ１に侵入しようと
するが、軸シール部材２６の突起部２６ｂが固定部材２１ｂの端面及びボス部５３ａの側
端面に圧接していることで、この突起部２６ｂより内側の間隙Ｇ１に侵入することが阻止
され、軸ピン２３の周面とブッシュ５７の内周面との摺動部分に介在することなく、その
摺動性が阻害されるのを防止できる。また、ブッシュ５７に端部に設置したピンシール５
８のシール性によっても、ブッシュ５７と軸ピン２３との摺接部分への異物の侵入が阻止
される。

また、固定部材２１ｂの内周面と軸ピン２３の外周面との間の隙間Ｇ２を通って、外部
から侵入する土砂等の異物に対しては、シール部材２６の中心穴２６ｃが軸ピン２３の外
周に圧接していることでブッシュ５７の部分への侵入が阻止でき、さらにピンシール５８
によっても侵入が阻止される。

上記のように、本発明の軸部シール構造によれば、軸ピン２３の外周と摺動するブッシ
ュ５７の部分への土砂等の侵入を防止し、かつ、軸シール部材２６が上記間隙Ｇ１の大き
さを調整することで、作業部材２０と第１のリンクアーム５３との軸方向の移動が規制で
き、所定量以上に間隙Ｇ１が大きくなることを防止できる。

とくに、従前のようなＯリングによるシール構造を採用していないことにより、使用に
伴ってＯリングが外側へ逃げるようなことによるシール特性の低下を招くことなく、軸シ
ール部材２６による良好なシール性能を維持することができ、Ｏリング装着溝の形成も不
要であり、低コストで土砂等の異物の侵入防止と、ボス部５３ａの軸方向へのガタツキの
増大を防止する両方の効果を期待することができる。

なお、本発明は上記実施形態の構成に特定されるものではなく、各種の変形態様を包含
している。例えば、上記実施形態では、作業部材２０としてバケットの例を示しているが
、その他の作業機械における作業部材に対して適用可能であり、その揺動または回動動作
のための軸支持機構に対して、固定部材とボス部との間隙に環状突起部を有する軸シール
部材を設置することで、同様の機能を得ることができる。

１０作業装置
２０作業部材
２１ブラケット
２１ａ係止部材
２１ｂ固定部材
２３軸ピン
２３ａグリス通路
２３ｂグリスニップル
２４ボルト
２６軸シール部材
２６ａ板状部
２６ｂ突起部
２６ｃ中心穴
３０作業アーム
４０作業ブーム
５０第１のアクチュエータ
５１伸縮ロッド
５３第１のリンクアーム
５３ａボス部
５４第２のリンクアーム
５７ブッシュ
５８ピンシール
６０第２のアクチュエータ
Ｇ１間隙

Claims

揺動または回動する作業部材を軸支持機構によって枢結した作業装置を有する作業機械
において、
前記作業部材に取り付けられた軸ピンと、
前記軸ピンに対して回動可能に軸支されたボス部と、
前記ボス部の両側の前記軸ピンに、該ボス部の端面と所定の間隙を介して設置された固
定部材と、
前記間隙に装着される弾性材料による軸シール部材とからなり、
前記軸シール部材は、中心穴を有する板状部と、該板状部の両面に突出して前記中心穴
の外周部分に突条に形成された突起部とを備え、
前記突起部が前記ボス部の端面及び前記固定部材の端面に圧接して前記間隙の大きさを
規制することを特徴とする作業機械の軸部シール構造。
前記軸シール部材の中心穴は、該中心穴に挿通される前記軸ピンの外径より所定量小さ
く設定されていることを特徴とする請求項１記載の作業機械の軸部シール構造。
前記ボス部の内周には前記軸ピンとの間にブッシュが装着され、該ブッシュの端部に軸
ピンの周面に摺接するピンシールが設置されていることを特徴とする請求項１または２記
載の作業機械の軸部シール構造。
前記軸ピンの端部から形成されたグリス通路により前記ボス部の内周部に潤滑油が供給
されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の作業機械の軸部シール構造。
前記作業部材がバケットであり、該バケットに固着されたブラケットに前記軸ピンが抜
け止め及び回り止め状態で保持されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項
記載の作業機械の軸部シール構造。