JP2013147794A

JP2013147794A - 建設機械用アーム

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Publication number: JP2013147794A
Application number: JP2012006931A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Takahashi; 高橋　　毅; Atsushi Hamada; 厚史濱田
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2012-01-17
Filing date: 2012-01-17
Publication date: 2013-08-01

Abstract

【課題】箱型構造体を構成する側板とブーム連結ボスとを強固に接合する。
【解決手段】ブーム連結ボス２２を構成する左フランジ部２４のうち、側板当接部２４Ａと左側板１２のブーム連結ボス嵌合溝１２Ａ５とを溶接するときの熱影響部２４Ｄの板厚Ｔ１を、ブーム連結ボス嵌合溝１２Ａ５が形成された左側板１２の後側板１２Ａの板厚Ｔ２と等しく設定する。これにより、左フランジ部２４の側板当接部２４Ａと左側板１２のブーム連結ボス嵌合溝１２Ａ５とを溶接するときに、この溶接部近傍における側板当接部２４Ａの体積とブーム連結ボス嵌合溝１２Ａ５の体積とをほぼ等しくすることができ、両者間で溶融金属を十分に溶込ませることができる。この結果、ブーム連結ボス２２を構成する左フランジ部２４の側板当接部２４Ａと左側板１２のブーム連結ボス嵌合溝１２Ａ５との間を強固に接合することができる。
【選択図】図６

Description

本発明は、例えば油圧ショベル等の建設機械に搭載された作業装置に好適に用いられる建設機械用アームに関する。

一般に、建設機械の代表例である油圧ショベルは、自走可能な下部走行体と、該下部走行体上に旋回可能に設けられた上部旋回体とを備え、上部旋回体を構成する旋回フレームの前部側には、土砂等の掘削作業を行う作業装置が俯仰動可能に設けられている。

ここで、油圧ショベルの作業装置は、通常、基端側が旋回フレームに回動可能に取付けられたブームと、該ブームの先端側に回動可能に取付けられたアームと、該アームの先端側に回動可能に取付けられたバケット等の作業具と、これらブーム、アーム、バケットを駆動するブームシリンダ、アームシリンダ、バケットシリンダとにより大略構成されている。

このような作業装置を構成するアームは、通常、左，右の側板、上板、下板等を溶接によって接合することにより、全体として四角形の閉断面構造をなす箱型構造体として形成されている。また、アームの後端側にはブーム連結ボスが溶接によって接合され、このブーム連結ボスとブームの先端側との間を連結ピンを介して連結することにより、ブームの先端側にアームが回動可能に取付けられている。従って、掘削作業時にブームの先端側でアームが回動すると、ブーム連結ボスに対して大きな負荷が作用することになる。

ここで、アームに設けられるブーム連結ボスは、左，右の側板を貫通して左，右方向に延び、ブーム用の連結ピンが挿通される円筒ボス部と、円筒ボス部の左，右方向の両端側に設けられ、各側板に形成された凹湾曲状のボス嵌合溝と下板と後板とに溶接される平板状の左，右のフランジ部とにより構成されている。

この場合、ブーム連結ボスを構成する円筒ボス部と左，右のフランジ部とは、鍛造や鋳造等の手段を用いて一体成形され、連結ピンを介してブーム連結ボスの円筒ボス部に作用する荷重が、各フランジ部を通じて箱型構造体を構成する各側板に滑らかに伝わるように構成されている（例えば、特許文献１）。

特開平９−１２５４４１号公報

ところで、上述した従来技術によるブーム連結ボスは、通常、円筒ボス部に設けられたフランジ部の板厚が、箱型構造体を構成する側板の板厚よりも大きく設定されている。このため、フランジ部の外周縁部（側板当接部）と側板のボス嵌合溝とを溶接するときに、これら両者間の溶接部においては、板厚が大きいフランジ部の体積は、板厚が小さい側板の体積よりも大きくなる。

一方、従来技術によるブーム連結ボスにおいては、箱型構造体を構成する側板のボス嵌合溝に溶接されるフランジ部の外周縁部が、円筒ボス部を中心とする同心円状に形成されている。このため、ブーム連結ボスのフランジ部と、箱型構造体の側板および下板との３部材が交わる交点に着目すると、この交点を通るフランジ部の外周縁部と下板とがなす角度は、側板側では鋭角となり、フランジ部側では鈍角となる。

従って、フランジ部と側板と下板との３部材を溶接するときに、これら３部材の交点の近傍部位では、フランジ部の外周縁部と下板とがなす角度が鈍角となったフランジ部側の面積が、フランジ部の外周縁部と下板とがなす角度が鋭角となった側板側の面積よりも大きくなる。

この結果、フランジ部の外周縁部と側板のボス嵌合溝とを溶接するときに、加熱されたフランジ部と側板との間に温度差が生じてしまい、フランジ部と側板との間で溶融金属の溶込み不良が発生することにより、アームの箱型構造体とブーム連結ボスとの溶接部の疲労強度が低下してしまうという問題がある。

本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、箱型構造体を構成する側板とブーム連結ボスとの溶接部の疲労強度を高め、ブーム連結ボスを強固に接合することができるようにした建設機械用アームを提供することを目的としている。

上述した課題を解決するため本発明は、左，右の側板と、該左，右の側板の上端側に溶接により接合された上板と、前記左，右の側板の下端側に溶接により接合された下板と、前記左，右の側板の後端側と前記上板の後端側とに溶接により接合された後板とにより箱型構造体として形成され、前記左，右の側板には前記下板の後端側と前記後板の前端側との接合部に位置して凹湾曲状に切欠かれたボス嵌合溝を設け、前記下板の後端側と前記後板の前端側と前記各側板の前記ボス嵌合溝にはブーム連結ボスを溶接により接合し、前記ブーム連結ボスは、前記左，右の側板を貫通して左，右方向に延びブーム連結用の連結ピンが挿通される円筒ボス部と、該円筒ボス部の左，右方向の両端側にそれぞれ設けられ前記下板の後端側と前記後板の前端側と前記各側板の前記ボス嵌合溝に溶接される平板状の左，右のフランジ部とにより構成してなる建設機械用アームに適用される。

そして、請求項１の発明が採用する構成の特徴は、前記フランジ部は、前記側板の前記ボス嵌合溝に当接する側板当接部と、前記下板の後端側に当接する下板当接部と、前記後板の前端側に当接する後板当接部とによって囲まれる形状とし、前記フランジ部のうち前記側板当接部の近傍部位の板厚は当該側板当接部に溶接される前記側板の板厚と等しく設定したことにある。

請求項２の発明は、前記フランジ部は、前記側板当接部と前記側板の前記ボス嵌合溝とを溶接するときの熱によって組織が変化する熱影響部の板厚を前記側板の板厚と等しく設定し、前記熱影響部から前記円筒ボス部に向けて漸次板厚が増大する構成としたことにある。

請求項３の発明は、前記熱影響部は、前記フランジ部の側板当接部から前記円筒ボス部に向け一定の幅寸法で当該側板当接部の全周に亘って設ける構成としたことにある。

請求項４の発明は、前記フランジ部の側板当接部と下板当接部とは両者の交差位置でほぼ直角に交わり、前記フランジ部の側板当接部と後板当接部とは両者の交差位置でほぼ直角に交わる構成としたことにある。

請求項１の発明によれば、ブーム連結ボスを構成するフランジ部のうち側板当接部の近傍部位の板厚を、側板の板厚と等しく設定したので、フランジ部の側板当接部と側板のボス嵌合溝とを溶接するときに、これら両者間の溶接部におけるフランジ部の体積と、側板の体積とをほぼ等しくすることができる。これにより、フランジ部の側板当接部と側板のボス嵌合溝とを溶接するときに、加熱されたフランジ部と側板との間に温度差が生じるのを抑え、フランジ部と側板とを均等に加熱することができる。この結果、フランジ部と側板との間で溶融金属を良好に溶込ませることができ、ブーム連結ボスの左，右のフランジ部と、箱型構造体を構成する左，右の側板とを強固に接合することができる。

請求項２の発明によれば、フランジ部の側板当接部のうち熱影響部の板厚を、ボス嵌合溝が設けられた側板の板厚と等しく設定することにより、溶接時に加熱されるフランジ部の側板当接部と側板とを均等に加熱し、両者間を強固に接合することができる。一方、フランジ部のうち熱影響部から円筒ボス部にかけての板厚を漸次増大させることにより、ブーム連結ボスの円筒ボス部に作用する負荷（荷重）を、フランジ部から側板に滑らかに伝えることができるので、アーム全体の強度を高めることができる。

請求項３の発明によれば、フランジ部の側板当接部と側板のボス嵌合溝とを全周に亘って溶接する間、フランジ部と側板とを均等に加熱することができる。この結果、フランジ部の側板当接部と側板のボス嵌合溝との間で、その全周に亘って溶融金属を良好に溶込ませることができ、両者を強固に接合することができる。

請求項４の発明によれば、ブーム連結ボスを構成するフランジ部の側板当接部と下板当接部とがほぼ直角に交わる構成としたので、フランジ部と側板と下板との３部材が交わる交点の近傍部位において、フランジ部の側板当接部を挟んでフランジ部側の面積と側板側の面積とをほぼ等しくすることができる。一方、ブーム連結ボスを構成するフランジ部の側板当接部と後板当接部とがほほ直角に交わる構成としたので、フランジ部と側板と後板との３部材が交わる交点の近傍部位においても、フランジ部の側板当接部を挟んでフランジ部側の面積と側板側の面積とをほぼ等しくすることができる。この結果、フランジ部と側板と下板との交点の近傍部位、及びフランジ部と側板と後板との交点の近傍部位を溶接するときに、加熱されたフランジ部と側板との間に温度差が生じるのを抑え、フランジ部と側板との間で溶融金属を良好に溶込ませることができるので、ブーム連結ボスの左，右のフランジ部と、箱型構造体を構成する左，右の側板とを一層強固に接合することができる。

本発明に係るアームを備えた建設機械としての油圧ショベルを示す正面図である。アームを単体で示す斜視図である。アームを構成する側板、上板、下板、後板、ブーム連結ボス等を分解して示す分解斜視図である。ブーム連結ボスを含むアームの後端側を示す一部破断の正面図である。図４中のブーム連結ボスと側板との接合部を拡大して示す要部拡大図である。ブーム連結ボスと側板との接合部を図５中の矢示VI−VI方向からみた断面図である。ブーム連結ボスを単体で示す正面図である。ブーム連結ボスを図７中の矢示VIII−VIII方向からみた断面図である。

以下、本発明に係る建設機械用アームの実施の形態を、油圧ショベルのアームに適用した場合を例に挙げ、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

図中、１は建設機械の代表例としての油圧ショベルを示し、該油圧ショベル１は、自走可能なクローラ式の下部走行体２と、該下部走行体２上に旋回可能に搭載された上部旋回体３と、該上部旋回体３の前部側に俯仰動可能に設けられた作業装置４とにより構成されている。

この場合、上部旋回体３は、支持構造体をなし前端側に作業装置４が設けられた旋回フレーム３Ａと、旋回フレーム３Ａの後端側に設けられたカウンタウエイト３Ｂと、旋回フレーム３Ａの前部左側に設けられたキャブ３Ｃと、カウンタウエイト３Ｂの前側に設けられ内部にエンジン等の搭載機器（図示せず）を収容する建屋カバー３Ｄとにより構成されている。

一方、作業装置４は、基端部が旋回フレーム３Ａの前部側に俯仰動可能にピン結合されたブーム５と、基端部がブーム５の先端部に回動可能にピン結合された後述のアーム１１と、該アーム１１の先端部に回動可能にピン結合された作業具としてのバケット６と、アーム１１の先端側とバケット６との間に設けられたバケットリンク７と、ブーム５を旋回フレーム３Ａに対して俯仰動させるブームシリンダ８と、アーム１１をブーム５に対して回動させるアームシリンダ９と、バケット６をアーム１１に対して回動させるバケットシリンダ１０とにより構成されている。

次に、本実施の形態によるアームについて、図２ないし図８を参照して説明する。

１１はブーム５の先端部に回動可能に連結されたアームを示している。このアーム１１は、全体として前，後方向に延びる長尺な箱型構造体として形成され、アームシリンダ９によりブーム５との連結部を中心として上，下方向に回動するものである。

ここで、アーム１１は、後述する左側板１２，右側板１３と、上板１４と、下板１５と、後板１６とにより形成され、全体として横断面が四角形の閉断面構造をなす箱型構造体をなしている。また、アーム１１の前部側（バケット６側）には後述のバケット連結ボス１８、バケットリンク連結ボス１９が設けられ、アーム１１の後部側（ブーム５側）には後述のアームシリンダブラケット２０、バケットシリンダブラケット２１、ブーム連結ボス２２が設けられている。

１２はアーム１１の左側面を構成する左側板を示し、該左側板１２は、後述する右側板１３と左，右方向で対面しつつ前，後方向に延びている。ここで、図３に示すように、左側板１２は、前，後方向の後側に位置する後側板１２Ａと、前，後方向の前側に位置する前側板１２Ｂとの２部材を接合することにより形成されている。

後側板１２Ａは、板厚が厚い鋼板材を用いて形成され、上板当接部１２Ａ１と、下板当接部１２Ａ２と、後板当接部１２Ａ３と、前側板当接部１２Ａ４とによって囲まれた六角形状をなしている。この場合、後述する下板１５の後端部と後板１６の前端部との接合部に対応する部位、即ち、下板当接部１２Ａ２と後板当接部１２Ａ３とが交わる角隅部には、凹湾曲状に切欠かれたボス嵌合溝としてのブーム連結ボス嵌合溝１２Ａ５が設けられている。このブーム連結ボス嵌合溝１２Ａ５には、後述するブーム連結ボス２２の左フランジ部２４が溶接によって接合される。

一方、前側板１２Ｂは、後側板１２Ａよりも板厚が薄い鋼板材を用いて形成され、上板当接部１２Ｂ１と、下板当接部１２Ｂ２と、バケット連結ボス当接部１２Ｂ３と、後側板当接部１２Ｂ４とによって囲まれた四角形状をなしている。また、前側板１２Ｂの前端側には、円形孔からなるバケットリンク連結ボス嵌合孔１２Ｂ５が設けられている。

そして、後側板１２Ａの前側板当接部１２Ａ４と、前側板１２Ｂの後側板当接部１２Ｂ４とを突合せた状態で、両者間に突合せ溶接を施すことにより、後側板１２Ａと前側板１２Ｂとの２部材が接合された左側板１２が形成されている。

１３はアーム１１の右側面を構成する右側板を示し、該右側板１３は、左側板１２と同一形状を有している。即ち、右側板１３は、前，後方向の後側に位置し後述のブーム連結ボス２２が取付けられる後側板１３Ａと、前，後方向の前側に位置し後述のバケット連結ボス１８、バケットリンク連結ボス１９が取付けられる前側板１３Ｂとの２部材を接合することにより形成されている。

後側板１３Ａは、板厚が厚い鋼板材を用いて形成され、上板当接部１３Ａ１と、下板当接部１３Ａ２と、後板当接部１３Ａ３と、前側板当接部１３Ａ４とによって囲まれた六角形状をなしている。下板当接部１３Ａ２と後板当接部１３Ａ３とが交わる角隅部には、凹湾曲状に切欠かれたボス嵌合溝としてのブーム連結ボス嵌合溝１３Ａ５が設けられ、このブーム連結ボス嵌合溝１３Ａ５には、後述するブーム連結ボス２２の右フランジ部２５が溶接によって接合される。

一方、前側板１３Ｂは、後側板１３Ａよりも板厚が薄い鋼板材を用いて形成され、上板当接部１３Ｂ１と、下板当接部１３Ｂ２と、バケット連結ボス当接部１３Ｂ３と、後側板当接部１３Ｂ４とによって囲まれた四角形状をなしている。また、前側板１３Ｂの前端側には、円形孔からなるバケットリンク連結ボス嵌合孔１３Ｂ５が設けられている。

そして、後側板１３Ａの前側板当接部１３Ａ４と、前側板１３Ｂの後側板当接部１３Ｂ４とを突合せた状態で、両者間に突合せ溶接を施すことにより、後側板１３Ａと前側板１３Ｂとの２部材が接合された右側板１３が形成されている。

１４はアーム１１の上面を構成する上板を示し、この上板１４は、左，右の側板１２，１３の上端側に接合され、前，後方向に延びている。ここで、上板１４は、前，後方向の後側に位置し後述のバケットシリンダブラケット２１が取付けられる後上板１４Ａと、前，後方向の前側に位置する前上板１４Ｂとの２部材を接合することにより形成されている。

後上板１４Ａは、板厚が厚い鋼板材を用いて前，後方向に延びる長方形の板状に形成され、バケットシリンダブラケット２１よりも後側の部位が、僅かに斜め下向きに屈曲している。後上板１４Ａの後端縁は、後述の後板１６に接合される後板当接部１４Ａ１となり、後上板１４Ａの前端縁は、前上板１４Ｂに接合される前上板当接部１４Ａ２となっている。

一方、前上板１４Ｂは、後上板１４Ａよりも板厚が薄い鋼板材を用いて前，後方向に延びる長方形の平板状に形成されている。前上板１４Ｂの後端縁は後上板当接部１４Ｂ１となり、前上板１４Ｂの前端縁は、後述するバケット連結ボス１８に接合されるバケット連結ボス当接部１４Ｂ２となっている。

そして、後上板１４Ａの前上板当接部１４Ａ２と、前上板１４Ｂの後上板当接部１４Ｂ１とを突合せた状態で、両者間に突合せ溶接を施すことにより、後上板１４Ａと前上板１４Ｂとの２部材が接合された上板１４が形成されている。

１５はアーム１１の下面を構成する下板を示し、この下板１５は、左，右の側板１２，１３の下端側に接合され、前，後方向に延びている。ここで、下板１５は、前，後方向の後側に位置する後下板１５Ａと、前，後方向の前側に位置する前下板１５Ｂとの２部材を接合することにより形成されている。

後下板１５Ａは、板厚が厚い鋼板材を用いて前，後方向に延びる長方形の平板状に形成されている。後下板１５Ａの後端縁は、後述の後板１６に接合される後板当接部１５Ａ１となり、後下板１５Ａの前端縁は、前下板１５Ｂに接合される前下板当接部１５Ａ２となっている。

一方、前下板１５Ｂは、後下板１５Ａよりも板厚が薄い鋼板材を用いて前，後方向に延びる長方形の平板状に形成されている。前下板１５Ｂの後端縁は後下板当接部１５Ｂ１となり、前下板１５Ｂの前端縁は、後述するバケット連結ボス１８に接合されるバケット連結ボス当接部１５Ｂ２となっている。

そして、後下板１５Ａの前下板当接部１５Ａ２と、前下板１５Ｂの後下板当接部１５Ｂ１とを突合せた状態で、両者間に突合せ溶接を施すことにより、後下板１５Ａと前下板１５Ｂとの２部材が接合された下板１５が形成されている。

１６はアーム１１の後面を構成する後板を示し、該後板１６は、鋼板材を用いて長方形の板状に形成され、長さ方向の中央部がく字型に屈曲している。ここで、後板１６は、左，右の側板１２，１３、上板１４、下板１５の後端側に溶接によって接合され、中空なアーム１１の後端部を閉塞するものである。この場合、後板１６は、左側板１２を構成する後側板１２Ａの後板当接部１２Ａ３と、右側板１３を構成する後側板１３Ａの後板当接部１３Ａ３と、上板１４を構成する後上板１４Ａの後板当接部１４Ａ１と、下板１５を構成する後下板１５Ａの後板当接部１５Ａ１とに溶接によって接合されている。

１７は上板１４の内側面とブーム連結ボス２２との間に設けられた内部隔壁を示し、該内部隔壁１７は、アーム１１内に２つの閉空間を形成するように配置され、アーム１１の剛性を高めるものである。この内部隔壁１７は、左，右の側板１２，１３の間隔とほぼ等しい左，右方向の幅寸法を有する長方形の平板からなっている。そして、内部隔壁１７は、左，右の側板１２，１３の内側面、上板１４の内側面、およびブーム連結ボス２２の円筒ボス部２３に、それぞれ溶接によって接合されている。

１８は左，右の側板１２，１３、上板１４および下板１５の前端部に設けられたバケット連結ボスを示している。このバケット連結ボス１８は、図１に示すバケット６とアーム１１との間を回動可能に連結する連結ピン（図示せず）が挿通されるものである。このバケット連結ボス１８は、左，右方向に延びる中空な円筒ボス部１８Ａと、該円筒ボス部１８Ａの左，右方向の両端側に設けられた平板状の左，右の鍔部１８Ｂとにより構成されている。

ここで、バケット連結ボス１８の円筒ボス部１８Ａは、上板１４を構成する前上板１４Ｂのバケット連結ボス当接部１４Ｂ２と、下板１５を構成する前下板１５Ｂのバケット連結ボス当接部１５Ｂ２とに溶接によって接合されている。また、バケット連結ボス１８の左，右の鍔部１８Ｂは、左側板１２を構成する前側板１２Ｂのバケット連結ボス当接部１２Ｂ３と、右側板１３を構成する前側板１３Ｂのバケット連結ボス当接部１３Ｂ３とに、それぞれ溶接によって接合されている。

１９はバケット連結ボス１８に隣接して左，右の側板１２，１３の前端側に設けられたバケットリンク連結ボスを示し、該バケットリンク連結ボス１９は、図１に示すバケットリンク７とアーム１１との間を回動可能に連結する連結ピン（図示せず）が挿通されるものである。ここで、バケットリンク連結ボス１９は、左，右方向に延びる中空な円筒ボス部１９Ａと、該円筒ボス部１９Ａの左，右方向の両端側に設けられた円板状の左，右の鍔部１９Ｂとにより構成されている。

そして、バケットリンク連結ボス１９の左，右の鍔部１９Ｂは、左側板１２を構成する前側板１２Ｂのバケットリンク連結ボス嵌合孔１２Ｂ５と、右側板１３を構成する前側板１３Ｂのバケットリンク連結ボス嵌合孔１３Ｂ５とに、それぞれ溶接によって接合されている。

次に、２０は後板１６の外側面に設けられた左，右一対のアームシリンダブラケットを示している。これら各アームシリンダブラケット２０は、図１に示すアームシリンダ９のロッド先端が、連結ピン(図示せず)を介して回動可能に連結されるものである。ここで、各アームシリンダブラケット２０は、鋼板材を用いてほぼ三角形状をなす板体として形成され、その先端側には、上述の連結ピンを挿通するためのピン挿通孔２０Ａが穿設されている。そして、一対のアームシリンダブラケット２０は、左，右方向に一定の間隔を保った状態で、後板１６の外側面に溶接によって接合されている。

２１は上板１４の外側面に設けられた左，右一対のバケットシリンダブラケットを示している。これら各バケットシリンダブラケット２１は、図１に示すバケットシリンダ１０のボトム側が、連結ピン(図示せず)を介して回動可能に連結されるものである。ここで、各バケットシリンダブラケット２１は、鋼板材を用いてほぼ三角形状をなす板体として形成され、その先端側には、上述の連結ピンを挿通するためのピン挿通孔２１Ａが穿設されている。そして、左，右一対のバケットシリンダブラケット２１は、左，右方向に一定の間隔を保った状態で、上板１４を構成する後上板１４Ａの外側面に溶接によって接合されている。

次に、本実施の形態に適用されるブーム連結ボスについて説明する。

２２は下板１５と後板１６との接合部に位置して左，右の側板１２，１３の後部下側に設けられたブーム連結ボスを示している。このブーム連結ボス２２は、図１に示すブーム５とアーム１１との間を回動可能に連結するブーム連結用の連結ピン（図示せず）が挿通されるものである。図３ないし図８に示すように、ブーム連結ボス２２は、左，右の側板１２，１３を貫通して左，右方向に延びる中空な円筒ボス部２３と、円筒ボス部２３の左端側に設けられた扇状の平板からなる左フランジ部２４と、円筒ボス部２３の右端側に設けられた扇状の平板からなる右フランジ部２５とにより構成されている。

ここで、円筒ボス部２３は、左，右方向に延びる円筒体からなる中間円筒ボス部２３Ａと、中間円筒ボス部２３Ａの左端部に接合された左円筒ボス部２３Ｂと、中間円筒ボス部２３Ａの右端部に接合された右円筒ボス部２３Ｃとにより構成され、円筒ボス部２３の内周側は、ブーム連結用の連結ピンが挿通されるピン挿通孔２３Ｄとなっている。また、左円筒ボス部２３Ｂの外周側には、左フランジ部２４が一体成形され、右円筒ボス部２３Ｃの外周側には、右フランジ部２５が一体成形されている。

そして、左円筒ボス部２３Ｂに設けられた左フランジ部２４を左側板１２のブーム連結ボス嵌合溝１２Ａ５等に溶接し、右円筒ボス部２３Ｃに設けられた右フランジ部２５を右側板１３のブーム連結ボス嵌合溝１３Ａ５等に溶接することにより、左円筒ボス部２３Ｂが左側板１２を貫通すると共に右円筒ボス部２３Ｃが右側板１３を貫通した状態で、ブーム連結ボス２２が、左，右の側板１２，１３の後部下側に固着される構成となっている。

次に、ブーム連結ボス２２の左円筒ボス部２３Ｂに一体成形された左フランジ部２４について説明する。

この左フランジ部２４は、鋳造、鍛造等の手段を用いて左円筒ボス部２３Ｂに一体成形され、左円筒ボス部２３Ｂの外周面から扇状に張出している。ここで、図５ないし図８に示すように、左フランジ部２４は、左側板１２のブーム連結ボス嵌合溝１２Ａ５に溶接される側板当接部２４Ａと、下板１５を構成する後下板１５Ａの後端側に溶接される下板当接部２４Ｂと、後板１６の前端側に溶接される後板当接部２４Ｃとによって囲まれた平板状に形成されている。

この場合、図６に示すように、左フランジ部２４の板厚に着目すると、左フランジ部２４を構成する側板当接部２４Ａの近傍部位の板厚Ｔ１と、ブーム連結ボス嵌合溝１２Ａ５が形成された左側板１２を構成する後側板１２Ａの板厚Ｔ２とは、下記数１のように、等しい厚さ寸法に設定されている。

ここで、側板当接部２４Ａのうち板厚Ｔ１に設定された領域は、側板当接部２４Ａと左側板１２のブーム連結ボス嵌合溝１２Ａ５とを溶接するときの熱によって左フランジ部２４の組織が変化する熱影響部２４Ｄとなっている。この場合、熱影響部２４Ｄとは、図７に示すように、側板当接部２４Ａの外周縁部から円筒ボス部２３に向け一定の幅寸法Ａで側板当接部２４Ａの全周に亘って設けられた逆Ｕ字型の領域を指している。

これにより、左フランジ部２４の側板当接部２４Ａと左側板１２のブーム連結ボス嵌合溝１２Ａ５とを全周に亘って溶接するときに、この溶接部近傍における側板当接部２４Ａの体積と、ブーム連結ボス嵌合溝１２Ａ５の体積とをほぼ等しくすることができ、側板当接部２４Ａとブーム連結ボス嵌合溝１２Ａ５とを均等に加熱することができる構成となっている。

側板当接部２４Ａの外周縁部には溶接用の開先部２４Ｅが設けられ、この開先部２４Ｅは、側板当接部２４Ａを左側板１２のブーム連結ボス嵌合溝１２Ａ５に溶接するときに、ブーム連結ボス嵌合溝１２Ａ５の周縁部に設けられた開先部と対向するものである（図６参照）。

また、左フランジ部２４のうち熱影響部２４Ｄと左円筒ボス部２３Ｂとの間の板厚は、熱影響部２４Ｄから左円筒ボス部２３Ｂに向けてテーパ状に漸次増大している。従って、左フランジ部２４は、左円筒ボス部２３Ｂ側が最も厚肉となり、左円筒ボス部２３Ｂから熱影響部２４Ｄに向けて徐々に薄肉となり、熱影響部２４Ｄにおいて、左側板１２を構成する後側板１２Ａと等しい肉厚となっている。これにより、ブーム連結ボス２２の円筒ボス部２３に作用する負荷（荷重）を、左フランジ部２４から左側板１２に滑らかに伝えることができ、アーム１１全体の強度を高めることができる。

一方、図７に示すように、左フランジ部２４の側板当接部２４Ａは、円筒ボス部２３の中心に対して同心円状に湾曲した円弧部２４Ａ１と、円弧部２４Ａ１から下板当接部２４Ｂに向けて延び、該下板当接部２４Ｂとほぼ直角に交わる下板直交部２４Ａ２と、円弧部２４Ａ１から後板当接部２４Ｃに向けて延び、該後板当接部２４Ｃとほぼ直角に交わる後板直交部２４Ａ３とを有している。

即ち、側板当接部２４Ａの下板直交部２４Ａ２と下板当接部２４Ｂとが交わる角度と、側板当接部２４Ａの後板直交部２４Ａ３と後板当接部２４Ｃとが交わる角度とを角度αとすると、この角度αは下記数２の範囲に設定されている。

この場合、本実施の形態においては、角度αは９０°に設定することが望ましい。これにより、図５に示すように、ブーム連結ボス２２の左フランジ部２４と、左側板１２のブーム連結ボス嵌合溝１２Ａ５と、下板１５との３部材が交わる交点Ｐ１を中心として仮想の半円Ｃ１を描いた場合に、この半円Ｃ１のうち左フランジ部２４の側板当接部２４Ａを挟んで左フランジ部２４側に位置する領域の面積と、左フランジ部２４の側板当接部２４Ａを挟んで左側板１２側に位置する領域の面積とがほぼ等しくなる。

これと同様に、ブーム連結ボス２２の左フランジ部２４と、左側板１２のブーム連結ボス嵌合溝１２Ａ５と、後板１６との３部材が交わる交点Ｐ２を中心として仮想の半円Ｃ２を描いた場合に、この半円Ｃ２のうち左フランジ部２４の側板当接部２４Ａを挟んで左フランジ部２４側に位置する領域の面積と、左フランジ部２４の側板当接部２４Ａを挟んで左側板１２側に位置する領域の面積とがほぼ等しくなる。

このため、左フランジ部２４と左側板１２と下板１５との交点Ｐ１の近傍部位を溶接するときに、加熱された左フランジ部２４と左側板１２との間に温度差が生じるのを抑えることができ、左フランジ部２４と左側板１２と後板１６との交点Ｐ２の近傍部位を溶接するときに、加熱された左フランジ部２４と左側板１２との間に温度差が生じるのを抑えることができる構成となっている。

次に、ブーム連結ボス２２の右円筒ボス部２３Ｃに一体成形された右フランジ部２５は、図６ないし図８に示すように、左フランジ部２４と同一形状に形成されている。なお、図７中の右フランジ部２５は、左フランジ部２４の下に重って示されるため、図７中の右フランジ部２５に係る符号は括弧を付して示している。

即ち、右フランジ部２５は、右側板１３のブーム連結ボス嵌合溝１３Ａ５に溶接される側板当接部２５Ａと、下板１５を構成する後下板１５Ａの後端側に溶接される下板当接部２５Ｂと、後板１６の前端側に溶接される後板当接部２５Ｃとによって囲まれた平板状に形成されている。

ここで、右フランジ部２５を構成する側板当接部２５Ａの近傍部位の板厚Ｔ１と、右側板１３を構成する後側板１３Ａの板厚Ｔ２とは、上記数１のように等しい厚さ寸法に設定されている。この場合、側板当接部２５Ａのうち板厚Ｔ１に設定された領域は、側板当接部２５Ａと右側板１３のブーム連結ボス嵌合溝１３Ａ５とを溶接するときの熱によって右フランジ部２５の組織が変化する熱影響部２５Ｄとなっている。この熱影響部２５Ｄは、左フランジ部２４の熱影響部２４Ｄと同様に、側板当接部２５Ａの外周縁部から円筒ボス部２３に向け一定の幅寸法Ａで側板当接部２５Ａの全周に亘って設けられた逆Ｕ字型の領域を指している。

これにより、右フランジ部２５の側板当接部２５Ａと右側板１３のブーム連結ボス嵌合溝１３Ａ５とを全周に亘って溶接するときに、この溶接部近傍における側板当接部２５Ａの体積と、ブーム連結ボス嵌合溝１３Ａ５の体積とをほぼ等しくすることができ、側板当接部２５Ａとブーム連結ボス嵌合溝１３Ａ５とを均等に加熱することができる構成となっている。

また、側板当接部２５Ａの外周縁部には溶接用の開先部２５Ｅが設けられ、この開先部２５Ｅは、側板当接部２５Ａを右側板１３のブーム連結ボス嵌合溝１３Ａ５に溶接するときに、ブーム連結ボス嵌合溝１３Ａ５の周縁部に設けられた開先部１３Ａ６と対向するものである（図６参照）。

一方、右フランジ部２５のうち熱影響部２５Ｄと右円筒ボス部２３Ｃとの間の板厚は、熱影響部２５Ｄから右円筒ボス部２３Ｃに向けてテーパ状に漸次増大している。従って、右フランジ部２５は、右円筒ボス部２３Ｃ側が最も厚肉となり、右円筒ボス部２３Ｃから熱影響部２５Ｄに向けて徐々に薄肉となり、熱影響部２５Ｄにおいて、右側板１３を構成する後側板１３Ａと等しい肉厚となっている。これにより、ブーム連結ボス２２の円筒ボス部２３に作用する負荷（荷重）を、右フランジ部２５から右側板１３に滑らかに伝えることができ、アーム１１全体の強度を高めることができる。

一方、図７に示すように、右フランジ部２５の側板当接部２５Ａは、左フランジ部２４の側板当接部２４Ａと同様に、円筒ボス部２３の中心に対して同心円状に湾曲した円弧部２５Ａ１と、下板当接部２５Ｂとほぼ直角に交わる下板直交部２５Ａ２と、後板当接部２５Ｃとほぼ直角に交わる後板直交部２５Ａ３とを有している。これにより、右フランジ部２５と右側板１３と下板１５との交点の近傍部位を溶接するときに、加熱された右フランジ部２５と右側板１３との間に温度差が生じるのを抑えることができ、右フランジ部２５と右側板１３と後板１６との交点の近傍部位を溶接するときに、加熱された右フランジ部２５と右側板１３との間に温度差が生じるのを抑えることができる構成となっている。

２６は左フランジ部２４の側板当接部２４Ａの内側面（裏面）と、右フランジ部２５の側板当接部２５Ａの内側面（裏面）とにそれぞれ設けられた裏当て材を示している。この裏当て材２６は、側板当接部２４Ａ，２５Ａに沿って円弧状に屈曲した板体からなっている。側板当接部２４Ａの裏面に設けられた裏当て材２６は、左側板１２のブーム連結ボス嵌合溝１２Ａ５側に張出し、側板当接部２４Ａとブーム連結ボス嵌合溝１２Ａ５とを裏面側から覆っている。また、側板当接部２５Ａの裏面に設けられた裏当て材２６は、右側板１３のブーム連結ボス嵌合溝１３Ａ５側に張出し、側板当接部２５Ａとブーム連結ボス嵌合溝１３Ａ５とを裏面側から覆っている。

そして、裏当て材２６は、側板当接部２４Ａとブーム連結ボス嵌合溝１２Ａ５との間に箱型構造体の外側（表面側）から溶接を施すときに、アークが側板当接部２４Ａとブーム連結ボス嵌合溝１２Ａ５の内側（裏面側）に突抜けるのを抑え、側板当接部２５Ａとブーム連結ボス嵌合溝１３Ａ５との間に箱型構造体の外側から溶接を施すときに、アークが側板当接部２５Ａとブーム連結ボス嵌合溝１３Ａ５の内側に突抜けるのを抑える。これにより、左フランジ部２４の側板当接部２４Ａと左側板１２のブーム連結ボス嵌合溝１２Ａ５との間を良好に溶接すると共に、右フランジ部２５の側板当接部２５Ａと右側板１３のブーム連結ボス嵌合溝１３Ａ５との間を良好に溶接することができる。

本実施の形態によるアーム１１は上述の如き構成を有するもので、このアーム１１を製造する手順について図３を参照して説明する。

まず、左側板１２を構成する後側板１２Ａの前側板当接部１２Ａ４と、前側板１２Ｂの後側板当接部１２Ｂ４とを突合せ溶接することにより、後側板１２Ａと前側板１２Ｂとからなる左側板１２を形成する。また、右側板１３を構成する後側板１３Ａの前側板当接部１３Ａ４と、前側板１３Ｂの後側板当接部１３Ｂ４とを突合せ溶接することにより、後側板１３Ａと前側板１３Ｂとからなる右側板１３を形成する。

次に、左側板１２の後側板１２Ａに設けたブーム連結ボス嵌合溝１２Ａ５と、右側板１３の後側板１３Ａに設けたブーム連結ボス嵌合溝１３Ａ５とに対し、ブーム連結ボス２２の左，右のフランジ部２４，２５をそれぞれ溶接によって接合する。

また、左側板１２のバケットリンク連結ボス嵌合孔１２Ｂ５と、右側板１３のバケットリンク連結ボス嵌合孔１３Ｂ５とに対し、バケットリンク連結ボス１９の左，右の鍔部１９Ｂをそれぞれ溶接によって接合する。さらに、左側板１２のバケット連結ボス当接部１２Ｂ３と、右側板１３のバケット連結ボス当接部１３Ｂ３とに対し、バケット連結ボス１８の左，右の鍔部１８Ｂをそれぞれ溶接によって接合する。

次に、上板１４を構成する後上板１４Ａの前上板当接部１４Ａ２と、前上板１４Ｂの後上板当接部１４Ｂ１とを突合せ溶接することにより、後上板１４Ａと前上板１４Ｂとからなる上板１４を形成する。また、下板１５を構成する後下板１５Ａの前下板当接部１５Ａ２と、前下板１５Ｂの後下板当接部１５Ｂ１とを突合せ溶接することにより、後下板１５Ａと前下板１５Ｂとからなる下板１５を形成する。

次に、左側板１２と右側板１３との上端側に上板１４を配置し、左側板１２の上板当接部１２Ａ１，１２Ｂ１と上板１４との間を溶接すると共に、右側板１３の上板当接部１３Ａ１，１３Ｂ１と上板１４との間を溶接する。また、上板１４のバケット連結ボス当接部１４Ｂ２を、バケット連結ボス１８の円筒ボス部１８Ａに溶接する。これにより、左，右の側板１２，１３の上端側に上板１４を接合することができる。一方、内部隔壁１７の上端部を上板１４に溶接すると共に、内部隔壁１７の下端部を、ブーム連結ボス２２の円筒ボス部２３に溶接する。また、内部隔壁１７の左，右の側端部を、左側板１２の内側面と右側板１３の内側面にそれぞれ溶接する。

次に、左側板１２と右側板１３との下端側に下板１５を配置し、左側板１２の下板当接部１２Ａ２，１２Ｂ２と下板１５との間を溶接すると共に、右側板１３の下板当接部１３Ａ２，１３Ｂ２と下板１５との間を溶接する。また、下板１５のバケット連結ボス当接部１５Ｂ２を、バケット連結ボス１８の円筒ボス部１８Ａに溶接する。これにより、左，右の側板１２，１３の下端側に下板１５を接合することができる。

次に、左側板１２の後板当接部１２Ａ３と後板１６との間を溶接すると共に、右側板１３の後板当接部１３Ａ３と後板１６との間を溶接する。また、上板１４の後板当接部１４Ａ１と後板１６との間を溶接し、下板１５の後板当接部１５Ａ１と後板１６との間を溶接する。これにより、左，右の側板１２，１３、上板１４、下板１５の後端側に後板１６を接合することができる。

次に、後板１６の外側面に左，右一対のアームシリンダブラケット２０を溶接によって接合する。また、上板１４を構成する後上板１４Ａの外側面に、左，右一対のバケットシリンダブラケット２１を溶接によって接合する。このようにして、左，右の側板１２，１３、上板１４、下板１５、後板１６からなる箱型構造体のアーム１１を形成することができる。

ここで、本実施の形態によれば、ブーム連結ボス２２を構成する左フランジ部２４のうち、側板当接部２４Ａと左側板１２のブーム連結ボス嵌合溝１２Ａ５とを溶接するときの熱影響部２４Ｄの板厚Ｔ１を、ブーム連結ボス嵌合溝１２Ａ５が形成された左側板１２の後側板１２Ａの板厚Ｔ２と等しく設定している。

これにより、左フランジ部２４の側板当接部２４Ａと左側板１２のブーム連結ボス嵌合溝１２Ａ５とを全周に亘って溶接するときに、この溶接部近傍における側板当接部２４Ａの体積と、ブーム連結ボス嵌合溝１２Ａ５の体積とをほぼ等しくすることができる。この結果、側板当接部２４Ａとブーム連結ボス嵌合溝１２Ａ５とを均等に加熱することができ、左フランジ部２４と左側板１２との間で溶融金属を十分に溶込ませることができる。

一方、本実施の形態によれば、ブーム連結ボス２２の左フランジ部２４を、側板当接部２４Ａと、下板当接部２４Ｂと、後板当接部２４Ｃとによって囲まれた平板状に形成し、側板当接部２４Ａは、円筒ボス部２３の中心に対して同心円状に湾曲した円弧部２４Ａ１と、下板当接部２４Ｂとほぼ直角に交わる下板直交部２４Ａ２と、後板当接部２４Ｃとほぼ直角に交わる後板直交部２４Ａ３とにより構成している。

このため、左フランジ部２４と左側板１２と下板１５との３部材が交わる交点Ｐ１を中心として仮想の半円Ｃ１を描いた場合に、この半円Ｃ１のうち左フランジ部２４の側板当接部２４Ａを挟んで左フランジ部２４側に位置する領域の面積と、左フランジ部２４の側板当接部２４Ａを挟んで左側板１２側に位置する領域の面積とがほぼ等しくなる（図５参照）。従って、左フランジ部２４と左側板１２と下板１５との交点Ｐ１の近傍部位を溶接するときに、加熱された左フランジ部２４と左側板１２とを均等に温度上昇させることができ、左フランジ部２４と左側板１２との間で溶融金属を十分に溶込ませることができる。

かくして、本実施の形態によるアーム１１においては、ブーム連結ボス２２の左フランジ部２４と左側板１２と下板１５との交点から、左フランジ部２４と左側板１２と後板１６との交点に亘って、左フランジ部２４の側板当接部２４Ａと左側板１２のブーム連結ボス嵌合溝１２Ａ５との間に、溶接不良がなく、充分な疲労強度を有する良好な溶接ビード２７を形成することができる。

これと同様に、ブーム連結ボス２２の右フランジ部２５と右側板１３と下板１５との交点から、右フランジ部２５と右側板１３と後板１６との交点に亘って、右フランジ部２５の側板当接部２５Ａと右側板１３のブーム連結ボス嵌合溝１３Ａ５との間に、溶接不良がなく、充分な疲労強度を有する良好な溶接ビード２７を形成することができる。

この結果、ブーム連結ボス２２を構成する左フランジ部２４の側板当接部２４Ａと左側板１２のブーム連結ボス嵌合溝１２Ａ５との間を強固に接合することができ、ブーム連結ボス２２を構成する右フランジ部２５の側板当接部２５Ａと右側板１３のブーム連結ボス嵌合溝１３Ａ５との間を強固に接合することができ、アーム１１全体の信頼性を高めることができる。

なお、上述した実施の形態では、左側板１２を板厚が異なる後側板１２Ａと前側板１２Ｂとの２部材を溶接して形成し、右側板１３を板厚が異なる後側板１３Ａと前側板１３Ｂとの２部材を溶接して形成した場合を例示している。しかし、本発明はこれに限るものではなく、均一な板厚を有する左，右の側板を用いる構成としてもよい。

また、上述した実施の形態では、ブーム連結ボス２２を構成する円筒ボス部２３を、中間円筒ボス部２３Ａと、左フランジ部２４が設けられた左円筒ボス部２３Ｂと、右フランジ部２５が設けられた右円筒ボス部２３Ｃとを溶接して形成した場合を例示している。しかし、本発明はこれに限らず、円筒ボス部と、該円筒ボス部の両端側に設けられる左，右のフランジ部とを一体成形したブーム連結ボスを用いる構成としてもよい。

さらに、上述した実施の形態では、建設機械としてクローラ式の油圧ショベル１を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、例えばホイール式油圧ショベルに用いられるアーム等の他の建設機械用のアームにも広く適用することができる。

１油圧ショベル（建設機械）
１１アーム
１２左側板
１２Ａ５，１３Ａ５ブーム連結ボス嵌合溝（ボス嵌合溝）
１３右側板
１４上板
１５下板
１６後板
２２ブーム連結ボス
２３円筒ボス部
２４左フランジ部
２４Ａ，２５Ａ側板当接部
２４Ｂ，２５Ｂ下板当接部
２４Ｃ，２５Ｃ後板当接部
２４Ｄ，２５Ｄ熱影響部

Claims

左，右の側板と、該左，右の側板の上端側に溶接により接合された上板と、前記左，右の側板の下端側に溶接により接合された下板と、前記左，右の側板の後端側と前記上板の後端側とに溶接により接合された後板とにより箱型構造体として形成され、
前記左，右の側板には前記下板の後端側と前記後板の前端側との接合部に位置して凹湾曲状に切欠かれたボス嵌合溝を設け、
前記下板の後端側と前記後板の前端側と前記各側板の前記ボス嵌合溝にはブーム連結ボスを溶接により接合し、
前記ブーム連結ボスは、前記左，右の側板を貫通して左，右方向に延びブーム連結用の連結ピンが挿通される円筒ボス部と、該円筒ボス部の左，右方向の両端側にそれぞれ設けられ前記下板の後端側と前記後板の前端側と前記各側板の前記ボス嵌合溝に溶接される平板状の左，右のフランジ部とにより構成してなる建設機械用アームにおいて、
前記フランジ部は、前記側板の前記ボス嵌合溝に当接する側板当接部と、前記下板の後端側に当接する下板当接部と、前記後板の前端側に当接する後板当接部とによって囲まれる形状とし、
前記フランジ部のうち前記側板当接部の近傍部位の板厚は当該側板当接部に溶接される前記側板の板厚と等しく設定する構成としたことを特徴とする建設機械用アーム。
前記フランジ部は、前記側板当接部と前記側板の前記ボス嵌合溝とを溶接するときの熱によって組織が変化する熱影響部の板厚を前記側板の板厚と等しく設定し、前記熱影響部から前記円筒ボス部に向けて漸次板厚が増大する構成としてなる請求項１に記載の建設機械用アーム。
前記熱影響部は、前記フランジ部の側板当接部から前記円筒ボス部に向け一定の幅寸法で当該側板当接部の全周に亘って設ける構成としてなる請求項２に記載の建設機械用アーム。
前記フランジ部の側板当接部と下板当接部とは両者の交差位置でほぼ直角に交わり、前記フランジ部の側板当接部と後板当接部とは両者の交差位置でほぼ直角に交わる構成としてなる請求項１，２または３に記載の建設機械用アーム。