JP2018009397A - 作業機械 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、ボスの剛性を低下させることなくボスと側板との溶接部の応力を低下させ、ボス溶接部における疲労寿命を大きくすることにあり、これにより作業機械の耐久性及び信頼性を向上することにある。【解決手段】ピン挿入孔９Ａが形成されたボス本体部９Ｂとつば部９Ｃとを有し、つば部９Ｃの外周部が板材に溶接により固定されたボス９を備え、ボス９とピン挿入孔９Ａに挿入されたピンとで複数の部品を相対的に回動可能に連結した連結部を有する作業機械において、ボス９はつば部９Ｃに形成された溝部１５を有し、溝部１５は外周部に設けられた溶接部１３よりもボス９の径方向においてボス本体部９Ｂ側に配置され、溝部１５が形成された部分のつば部９Ｃの板厚寸法は板材１２Ａの板厚寸法よりも小さい。【選択図】図２

Description

本発明は、作業機械に関し、特に油圧ショベルのブームやアームに用いるのに好適なボス部の構造に関する。

油圧ショベルなどの作業機械には、アームやブームと呼ばれる複数の作業腕が設けられている。そしてそれらを動作させるために油圧シリンダなどの伸縮部材が回転自由（回転自在）となる軸を介して固定されている。アームやブームは、箱形状をした鋼板の溶接構造である場合が多く、油圧シリンダが取りつけられる回転軸は、アームやブームの側板に設けられたボスと呼ばれる軸受部材によって支持される。そしてボスはアームやブームの側板に溶接される場合が多い。

ボスは回転軸を介して油圧シリンダから様々な方向の負荷を受ける。したがってボスと側板との溶接部には、アームやブームの動きや負荷状況に合わせて様々な応力が作用する。このボスの溶接部の応力を小さくする方法として特開２０１２−２１９４４１号公報（特許文献１）に記載の例がある。この例では、ボス外周部に溝状の肉厚調整部を形成し、側板に溶接した際にボス外周部の板厚と側板の板厚とが等しくなるようにしている（要約参照）。また、特開平９−３９５６号公報（特許文献２）に記載の例では、ボス部から漸次薄肉となるフランジ状接続部の途中に段差部を設け、この段差部により厚肉部分から溶接継手部側の薄肉部分へと肉厚を急激に変化させている（要約参照）。この例では、段差部で応力集中させることで、溶接部における負担を軽減している。また、特開２００７−１６５４３号公報（特許文献３）に記載の例では、作業機械の機体に設けた作業装置の構成部材の一つであるアームの表面であって、このアームに設けられる連結部材の近傍に、クラック観察溝を設けている（要約参照）。このクラック観察溝は、クラックが発生しやすい軸受部材の近傍に設けられ、クラックの発見を容易にすると共に、クラック観察溝以外の箇所でのクラック発生を防止する（段落００３５−００３７参照）。

特開２０１２−２１９４４１号公報 特開平９−３９５６号公報 特開２００７−１６５４３号公報

上記従来技術では次の課題がある。

特許文献１記載の例のように、ボス外周部の溶接部の板厚と側板の板厚とを等しくすることで両者に働く応力は等しくできる。しかし、溶接部と被溶接部とでは疲労強度が異なり、溶接部の疲労強度は被溶接部のそれよりも小さい。したがって溶接部の板厚と側板の板厚とを等しくし、両者の発生応力を同じとしても、疲労き裂は溶接部から生じてしまう。さらに、ボスに作用する荷重によって側板が面外方向に曲げ変形を生じる場合においても、ボス外周部の溶接部の板厚と、側板の板厚とが等しいために、ボス外周部、溶接部及び側板部の曲げ応力は等しく、強度の小さい溶接部で疲労破壊は発生する。

特許文献２記載の例では、非溶接部に段差を設けることでボスの広範囲の部分が薄板となってしまい、剛性が低下する。

特許文献３記載の例では、クラック観察溝は、クラックの発生個所を限定してクラックの発見を容易にすると共に、クラック観察溝以外の箇所でのクラック発生を防止することができる。しかし、軸受筒の両端部に軸受プレートを溶接した軸受部材は、軸受プレートがアームの腕本体の厚板に溶接されており、クラック観察溝は軸受プレートと厚板との溶接部に対して、軸受プレートの外側に設けられている。この場合、軸受部材に加わる力は溶接部に作用する。従って、特許文献３のクラック観察溝は、クラックの発生そのものを抑制すること、或いはクラックの発生要因である応力集中を低下させることについての配慮が十分ではない。

本発明の目的は、ボスの剛性を低下させることなくボスと側板との溶接部の応力を低下させ、ボス溶接部における疲労寿命を大きくすることにあり、これにより作業機械の耐久性及び信頼性を向上することにある。

上記目的を達成するため、本発明の作業機械は、
ピン挿入孔が形成されたボス本体部と前記ボス本体部の外周部に形成されたつば部とを有し前記つば部の外周部が板材に溶接により固定されたボスを備え、前記ボスと前記ピン挿入孔に挿入されたピンとで複数の部品が相対的に回動可能に連結された連結部を有する作業機械において、
前記ボスは前記つば部に形成された溝部を有し、
前記溝部は外周部に設けられた溶接部よりも前記ボスの径方向において前記ボス本体部側に配置され、
前記溝部が形成された部分の前記つば部の板厚寸法は、前記板材の板厚寸法よりも小さい。

本発明によれば、ボスの回転軸から受ける様々な大きさの負荷に対し、ボスの溶接部近傍に設けられた溝部が変形することで、溶接部の曲げ応力が緩和され、疲労寿命が長くなる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の第一実施例に係る油圧ショベル１００の全体構成図。 本発明の第一実施例に係るブームセンターボス（ボス部）９付近を前後方向から見た断面図。 本発明の第二実施例に係るブームセンターボス（ボス部）９付近を前後方向から見た部分断面図。 本発明の第三実施例に係るブームセンターボス（ボス部）付近を前後方向から見た部分断面図。 ブームセンターボス（ボス部）９の溶接部上の表面の応力分布を示した図。 ブームセンターボス（ボス部）９の溶接部上の内面の応力分布を示した図。 本発明の第四実施例に係るブームセンターボスの斜視図。 ブームセンターボス（ボス部）９の溶接部１３上の最大応力分布を示した図。 本発明の第五実施例に係るブームセンターボス９の斜視図。 本発明の一実施例に係る油圧ショベルの作業腕に相当する、ブーム３、アーム４及びアーム４の先端側にピン結合されたバケット５の構成を示す側面図。 ブームセンターボス（ボス部）９の溶接部上の角度のとり方を説明した図。

以下、本発明の実施例について図を用いて説明する。以下、建設機械の一つである油圧ショベルについて説明するが、本発明は建設機械を含む作業機械に適用可能である。

図１は本発明の第一実施例に係る油圧ショベル１００の全体構成図である。なお、図１に示す油圧ショベル１００の構成は、他の実施例にも共通して用いられる。

図１において、１は油圧ショベル１００の下部走行体で、この下部走行体１の上部には旋回軸受を介して上部旋回体２が旋回自在に取り付けられており、この上部旋回体２の前部にはブーム３およびアーム４により構成される作業腕が俯仰動（回動）可能に取り付けられている。アーム４の先端側にはピン結合されたバケット５が設けられる。バケット５は作業腕４，５の先端に取り付けられ、掘削作業を行う作業装置を構成する。

ブーム３、アーム４及びバケット５は、それぞれブームシリンダ６、アームシリンダ７及びバケットシリンダ８によって回動される。すなわち、ブームシリンダ６、アームシリンダ７及びバケットシリンダ８はブーム３、アーム４及びバケット５を駆動する駆動装置を構成する。なお、本実施例では、ブームシリンダ６、アームシリンダ７及びバケットシリンダ８は油圧シリンダで構成される。

作業腕３，４，５及び各シリンダ６，７，８に設けられた連結部を連結するピンは、それぞれの構造物のブラケットとボスとにより保持されている。

作業腕を構成する構造物の大部分は板材により断面が矩形形状を成す箱形に形成されており、この板材にボスが溶接により接合されている。油圧ショベル１００の幅方向において作業腕３，４の両側面（両側方）に設けられ、ボスが溶接された板材を側板１２Ａ（図２参照）と呼ぶ。また、作業腕３，４の上面側に設けられる板材を上板１２Ｂ（図２参照）、作業腕３，４の下面側に設けられる板材を下板１２Ｃ（図２参照）と呼ぶ。

ブーム３の側板１２Ａには、ブームシリンダ６の一端部が連結されるボス９が設けられている。ブーム３の側板１２Ａに設けられたボス９は、ブームセンターボス（ボス部）と呼ばれる。ブーム３は、ブームシリンダ６の一端部が連結されるブームセンターボス９を備え、ブームシリンダ６により駆動される。

図２は、本発明の第一実施例に係るブームセンターボス（ボス部）９付近を前後方向から見た断面図である。

なおブームセンターボス９は、ブーム３の両側面に設けられる両側板１２Ａのそれぞれに、一つずつ設けられる。両側板１２Ａに設けられる二つのブームセンターボス９は、同様な構成を有する。以下、両側板１２Ａに設けられる二つのブームセンターボス９のうち、片方の二つのブームセンターボス９について説明する。

図２に示すように、ボス９は、貫通孔（ピン挿入孔）９Ａが形成されたボス本体部９Ｂと、ボス本体部９Ｂの外周に形成されたつば部９Ｃとを有する。ボス本体部９Ｂはピン挿入孔９Ａの軸方向における寸法（厚み）がつば部９Ｃの板厚寸法に対して大きい。そして、つば部９Ｃはボス本体部９Ｂの外周から環状に径方向外側に向かって延出するように形成されている。左右のボス９は、ボス本体部９Ｂのブーム３の内側に位置する端部同士がパイプ１１により結合されており、つば部９Ｃがブーム３の側板１２Ａに溶接により接合されている。この接合部（溶接部）１３では作用する荷重（力）がボス９から側板１２Ａに滑らかに伝わるように、側板１２Ａの厚さとつば部９Ｃの厚さはほぼ同一になっている。なお、つば部９Ｃはボス本体部９Ｂの近傍においてはボス本体部９Ｂに向かって厚さが漸増する曲面部９Ｄを有する。

作業腕３，４の構造物は矩形断面であるため、ボス９と側板１２Ａとの溶接部１３には内面に裏当材１４を設けて溶接金属の溶け落ちを防止した上で、構造物の外側から溶接が行われる。

図２において、ボス溶接部１３の近傍のボス９の表面側（ブーム３の外面側）に、つば部９Ｃを減厚するように溝１５が加工されている。溶接部１３はボス９の外周（すなわちつば部９Ｃの外周）に設けられており、溝１５はピン挿入孔９Ａが形成されたボス本体部９Ｂと接続部（溶接部）１３との間に設けられている。溝１５は、ボス９のピン挿入孔９Ａの中心に対して同心に形成され、円形状に形成されている。すなわち、溝１５は、ピン挿入孔９Ａの中心を中心とする円周上において、その円周方向に延設されている。

以下、ボス９の表面は矩形断面を有する作業腕３，４の外方に面する側の面とし、ボス９の内面（裏面）は矩形断面を有する作業腕３，４の内方に面する側の面とする。後述する実施例も同様である。

溝１５の断面形状は、溝角部の応力集中で破壊が起きないように適当なＲ部１５Ａを有するものとする。

溝部１５の板厚（板厚寸法）ｔ１５は、ボス９が溶接される側板１２Ａの板厚（板厚寸法）ｔ１２Ａよりも小さい。特に、ボス９が溶接される側板１２Ａの部位において、溝部１５の板厚（板厚寸法）ｔ１５は、ボス９が溶接される側板１２Ａの板厚（板厚寸法）ｔ１２Ａよりも小さい。

ボス９にはピン挿入孔９Ａに挿入されるピン１０（図１参照）を介してシリンダ６から荷重が作用する。この荷重によってボス９およびボス９が溶接された側板１２Ａは面外方向に曲げ変形を生じる。この曲げ変形はボス溶接部１３に対しても高い応力を発生し、シリンダ６の動作に合わせてその応力は変動する。その値と変動の繰返し数が溶接材料固有のしきい値を超えると疲労破壊が発生する。特に溶接部１３は溶接時の熱によって生じる残留応力や残留変形を生じている場合が多いため、そのしきい値は被溶接部のそれよりも小さいことが分かっている。

本実施例の溝部１５では、面外方向の曲げ変形が他の部位よりも大きく生じる。これは溝部１５の板厚ｔ１５が、それ以外の板厚よりも小さいためである。ボス９に作用する荷重による面外曲げをこの溝１５で主に発生させることで、相対的にボス溶接部１３の面外方向の曲げ変形量が減じる。そしてボス溶接部１３の曲げ応力が小さくなることで疲労寿命が増加する効果を生む。また溝１５の加工により、ボス９の質量も小さくでき軽量化の効果も合わせて生まれる。

特に本実施例では、溝１５はボス本体部９Ｂと溶接部１３との間に設けられている。このため、ボス９に作用する荷重の伝達経路において、溝１５は溶接部１３よりも荷重の作用点側に位置する。溝１５で面外方向の曲げ変形を発生させることにより、溶接部１３の曲げ応力を抑制する効果が高まる。

本発明に係る第二実施例を、図３を用いて説明する。図３は、本発明の第二実施例に係るブームセンターボス９（ボス部）付近を前後方向から見た部分断面図である。なお、第一実施例と共通する構成については、第一実施例と同じ符号を付し、説明を省略する。

図３において、ボス溶接部１３の近傍のボス９の裏面側（ブーム３の内側に面する面（内面）側）に、つば部９Ｃを減厚するように溝１５が加工されている。溶接部１３はボス９の外周（すなわちつば部９Ｃの外周）に設けられており、溝１５はピン挿入孔９Ａが形成されたボス本体部９Ｂと接続部（溶接部）１３との間に設けられている。溝１５は、ボス９のピン挿入孔９Ａの中心に対して同心に形成され、円形状に形成されている。すなわち、溝１５は、ピン挿入孔９Ａの中心を中心とする円周上において、その円周方向に延設されている。

溝１５の断面形状は、溝角部の応力集中で破壊が起きないように適当なＲ部１５Ａを有するものとする。

溝部１５の板厚ｔ１５は、ボス９が溶接される側板１２Ａの板厚ｔ１２Ａよりも小さい。

本実施例によれば、溝部１５では面外方向の曲げ変形が他の部位よりも大きく生じる。これは溝部１５の板厚ｔ１５が、それ以外の板厚よりも小さいためである。ボス９に作用する荷重による面外曲げをこの溝１５で主に発生させることで、相対的にボス溶接部１３の面外方向の曲げ変形量が減じる。そして溶接部の曲げ応力が小さくなることで疲労寿命が増加する効果を生む。また溝１５の加工により、ボス９の質量も小さくでき軽量化の効果も合わせて生まれる。

特に本実施例では、溝１５はボス本体部９Ｂと溶接部１３との間に設けられている。このため、ボス９に作用する荷重の伝達経路において、溝１５は溶接部１３よりも荷重の作用点側に位置する。溝１５で面外方向の曲げ変形を発生させることにより、溶接部１３の曲げ応力を抑制する効果が高まる。

さらに溝１５をボス９の内面側に加工しているため、腐食や錆の原因となる雨水や海水などが溝部１５に溜まることがない。これにより、ブーム３の経年劣化を抑制することができ、ブーム３の信頼性を向上することができる。

本発明に係る第三実施例を、図４を用いて説明する。図４は、本発明の第三実施例に係るブームセンターボス（ボス部）９付近を前後方向から見た部分断面図である。なお、前述した実施例と共通する構成については、前述した実施例と同じ符号を付し、説明を省略する。

図４において、ボス溶接部１３の近傍のボス９の表面側（ブーム３の外面側）に、つば部９Ｃを減厚するように溝１５が二箇所加工されている。それぞれの溝１５はボス９のピン挿入孔９Ａの中心に対して同心の円形状を成しており、ピン挿入孔９Ａの中心を中心とする円周上において、その円周方向に延設されている。すなわち、二つの溝１５はボス９に挿入されるピン１０の回転軸中心に対する半径方向の位置が異なる個所に二個設けられている。すなわち、二つの溝１５はその半径が異なる。

本実施例では、溝１５を複数設けた点が第一実施例と異なり、溝１５は三つ以上設けられてもよい。その他の構成については、第一実施例と同様に構成されている。

二つの溝部１５の板厚ｔ１５は、ボス９が溶接される側板１２Ａの板厚ｔ１２Ａよりも小さいが、二つの溝部１５における板厚ｔ１５は同じである必要はない。すなわち、二つの溝部１５において、板厚ｔ１５を異なる大きさ（寸法）にしてもよい。

本実施例の溝１５は次のように作用する。ボス９に作用する荷重によってボス９のつば部９Ｃと、それに溶接される側板１２には面外方向に曲げ変形を生じさせようとする力が発生する。そして、ボス９に設けられた二つの溝部１５で徐々に曲げ変形は生じ、ボス溶接部１３の曲げ変形は小さくなる。したがって溶接部１３の応力は低下し、疲労寿命が向上する。

本実施例においても、第一実施例と同様の作用効果が得られる。さらに本実施例では、溝１５が二箇所設けられていることで、一箇所あたりの溝１５の大きさはその深さ、幅ともに小さくて良い。こうすることで、溝部１５の応力が大きくならずに済むため、溝部１５の疲労寿命が向上する効果を生む。またボス９に溝１５を加工しているため、軽量化の効果も生まれる。

本発明の他の実施例を、図５、図６、図７及び図１４を用いて説明する。図５は、ブームセンターボス（ボス部）９の溶接部上の表面の応力分布を示した図である。図６は、ブームセンターボス（ボス部）９の溶接部上の内面の応力分布を示した図である。図７は、本発明の第四実施例に係るブームセンターボス９の斜視図である。図１１は、ブームセンターボス（ボス部）９の溶接部上の角度のとり方を説明した図である。なお、前述した実施例と共通する構成については、前述した実施例と同じ符号を付し、説明を省略する。

図５において、横軸はボス溶接部１３上での位置（角度位置）を表し、図１４に示すように、円形上のボス溶接部１３がブーム３の上板２４に最も接近する位置を基準（０゜）に、ボス溶接部１３上を時計回りに見た角度で示している。縦軸はボス溶接部１３の表面（外面）側の応力を示している。図１３は同じく縦軸にボス溶接部１３の内面（裏面）側の応力を示す。いずれの図も、油圧ショベル動作の中で、特にバケット５に働く荷重が大きい、バケット５の前後方向の動作パターンにおける掘削負荷状態での応力を示している。図５及び図６で表面と内面の応力の差が大きい部位は、大きな曲げ応力が発生している部位に相当する。特に横軸の角度で１３５°付近の位置Ａでは表面の応力が大きく、角度で２７０°付近の位置Ｂでは内面の応力が大きい。

図５及び図６には、ボス溶接部１３の近傍であって、ボスのつば部９Ｃに溝１５を設けた場合の応力の分布を実線で示す。また、ボス溶接部１３の近傍であって、側板１２Ａ側に溝を設けた場合の応力の分布を破線で示す。図５に示すボス溶接部１３の表面の応力の最大値は、溝１５が設けられることで低下する。さらにボスのつば部１０に溝１５を設けた場合の方が、側板１２Ａ側に溝を設けた場合よりも応力の最大値が小さくなる。すなわちボス溶接部１３の近傍に溝１５を設ける場合、ボスつば部９Ｃに設けた方が側板１２Ａ側に設けるよりも応力低減の効果が大きい。このことは図６に示すボス溶接部１３の内面の応力の分布についても同様である。

特許文献３に記載があるき裂観察溝は、ボス溶接部１３の近傍であって側板１２Ａ側に設けられている。このため、このき裂観察溝によるボス溶接部１３の応力の低減効果は、溝１５をボスつば部９Ｃ側に設けた場合よりも小さい。

本実施例では、図７に示すように、ボス９のつば部９Ｃの二箇所に溝１６，１７が加工されている。二つの溝１６，１７は、ピン挿入孔９Ａの中心を中心とする円周上に設けられ、その円周方向に延設されている。そして二つの溝１６，１７は、円周方向に間隔を置いて設けられている。二つの溝１６，１７は、それぞれ図５及び図６の位置Ａと位置Ｂに相当する個所に設けられている。

二つの溝１６，１７は、ピン挿入孔９Ａの中心を中心とする異なる円周上に設けられていてもよい。また溝１６，１７は、全体がピン挿入孔９Ａの中心を中心とする円周上に存在する必要はない。また、溝１６，１７の他に溝を設けてもよい。

また、二つの溝１６，１７は一つの円周上に設けられている必要はなく、溝１６と溝１７とは半径が異なる円周上に設けられていてもよい。そして二つの溝１６，１７は、ピン挿入孔９Ａの中心を中心とする周方向において異なる位置に、周方向の間隔を置いて配置される。

溝１６，１７の断面形状は、前述した溝１５と同様に、溝角部の応力集中で破壊が起きないように適当なＲ部を有するものとする。

二つの溝１６，１７を設けたこと以外の構成は、第一実施例と同様に構成され、溝部１６，１７の板厚（溝１５における板厚ｔ１５に相当する板厚）はボス９が溶接される側板１２Ａの板厚ｔ１２Ａよりも小さい。

また二つの溝１６，１７は、第二実施例と同様に、ボス９の内面側（裏面側）に設けてもよい。また二つの溝１６，１７は、第三実施例と同様に、ボス９の半径方向の異なる位置に複数個設けてもよい。

本実施例の溝１６，１７は次のように作用する。ボス９に作用する荷重によってボス９のつば部９Ｃと、それに溶接される側板１２Ａには面外方向に曲げ変形を生じさせようとする力が発生する。そして、その力はボス９の位置Ａと位置Ｂとにおいて最も大きくなる。この二箇所に設けられた溝部１６，１７は他の部位よりも板厚が小さいため曲げ変形が生じやすい。その結果、位置Ａと位置Ｂのボス溶接部１３の曲げ変形は小さくなる。したがってボス溶接部１３上の最大応力は低下し、疲労寿命が向上する。

溝１６，１７を部分的に二箇所設けているために、ボス９の円周方向全周にわたって溝を加工する必要はないため、加工のコストが小さくて済む。また、溝１６，１７を部分的に設けていることにより、ボスの強度の低下を抑制することができる。本実施例では、第一実施例と同様の作用効果のほか、第二実施例及び第三実施例と同様の構成を採用することにより、第二実施例及び第三実施例と同様の作用効果を奏することができる。

本発明の他の実施例を、図８及び図９を用いて説明する。図８は、ブームセンターボス（ボス部）９の溶接部１３上の最大応力分布を示した図である。図９は、本発明の第五実施例に係るブームセンターボス９の斜視図である。なお、前述した実施例と共通する構成については、前述した実施例と同じ符号を付し、説明を省略する。

図８において、横軸は、ボス９に挿入されるピン１０の回転軸中心（ボス９の中心）から溝までの距離を、縦軸は、ボス溶接部１３上の最大応力を示している。応力は表面側と内面側（裏面側）に分けて表わしている。

図８において、ボス９の溶接部１３上の表面側の最大応力は、ボス９に挿入されるピン１０の回転軸中心から溝までの距離が大きくなるほど小さくなる。また、ボスの溶接部１３上の内面側の最大応力は、ボス９に挿入されるピン１０の回転軸中心から溝までの距離が小さいほど小さくなる。

図９に示すように、ボス９のつば部９Ｃの円周方向二箇所に溝１８，１９が加工されている。二つの溝１８，１９は、ピン挿入孔９Ａの中心を中心とする円周上に設けられ、その円周方向に延設されている。また二つの溝１８，１９は、それぞれ図５の位置Ａと位置Ｂとに相当する個所に設けられている。位置Ａでは表面側のボス溶接部１３上の応力が大きいため、溝１８はボス表面側であってかつ、ボス９に挿入されるピン１０の回転軸中心からの距離（溝１８の半径方向位置）が大きい位置に設けられている。位置Ｂでは内面側のボス溶接部１３上の応力が大きいため、溝１９はボス内面側であってかつ、ボス９に挿入されるピン１０の回転軸中心からの距離（溝１９の半径方向位置）が小さい位置に設けられている。すなわち、溝１８におけるピン１０の回転軸中心からの距離は、溝１９におけるピン１０の回転軸中心からの距離よりも大きい。言い換えれば、溝１９におけるピン１０の回転軸中心からの距離は、溝１８におけるピン１０の回転軸中心からの距離よりも小さい。

溝１８，１９の断面形状は、前述した溝１５と同様に、溝角部の応力集中で破壊が起きないように適当なＲ部を有するものとする。また、溝部１８、１９の板厚（溝１５における板厚ｔ１５に相当する板厚）は、ボス９が溶接される側板１２の板厚ｔ１２Ａよりも小さい。

本実施例では、溝１９の構成が第四実施例の溝１７と異なり、また溝１８，１９におけるピン１０の回転軸中心からの距離に係る構成が第四実施例の溝１６，１７と異なっており、その他の構成は第四実施例と同様に構成される。そして、本実施例では第四実施例と同様の作用効果が得られる。

本実施例の溝１８，１９は次のように作用する。ボス９に作用する荷重によってボス９のつば部９Ｃと、それに溶接される側板１２Ａには面外方向に曲げ変形を生じさせようとする力が発生する。そして、その力はボス９の位置Ａと位置Ｂとにおいて最も大きくなる。さらに、位置Ａでは表面側の応力が高く、位置Ｂでは内面側の応力が高い。この二箇所に設けられた溝部１８，１９は他の部位よりも板厚が小さいため曲げ変形が生じやすい。さらに、位置Ａの表面に設けられた溝１８はボスに挿入されるピン１０の回転軸中心からの距離が大きくなるようにすることで、最大応力の値を小さくできる。位置Ｂの内面に設けられた溝１９はボスに挿入されるピン１０の回転軸中心からの距離が小さくなるようにすることで、最大応力の値を小さくできる。以上の結果、位置Ａと位置Ｂのボス溶接部の曲げ変形は小さくなる。したがってボス溶接部１３上の最大応力は低下し、疲労寿命が向上する。

溝１８，１９を部分的に二箇所設けているために、ボス９の円周方向全周にわたって溝を加工する必要はないため、加工のコストが小さくて済む。また、溝１８，１９のボス９に挿入されるピン１０の回転軸中心からの距離を変えていることで、その溝深さを浅くすることができるため、さらに加工のコストが削減できる効果を生む。溝１９についてはボスつば部１０の内面に設けられているため、腐食や錆の原因となる雨水、海水などが溝１９部に溜まることがない。

また二つの溝１８，１９は、第三実施例と同様に、ボス９の半径方向の異なる位置に複数個設けられてもよい。またボス９の周方向に溝１８，１９以外の溝を設けてもよい。-

本発明の他の実施例を、図１０を用いて説明する。図１０は、本発明の一実施例に係る油圧ショベルの作業腕に相当する、ブーム３、アーム４及びアーム４の先端側にピン結合されたバケット５の構成を示す側面図である。なお、前述した実施例と共通する構成については、前述した実施例と同じ符号を付し、説明を省略する。

図１０において、ブーム３及びアーム４には油圧シリンダ７，８を取り付けるためのブラケット２０が複数個所に設けられている。また、ブーム３とアーム４とを結合しているアームボス２１、アーム４とバケット５とを結合しているボス２２、ブーム３と油圧ショベルフレーム２Ａ（図１参照）とを結合しているボス２３が設けられている。

ブーム３及びアーム４からなる作業腕は、ブームセンターボス９及びボス２１，２２，２３等の連結部を備え、これらの連結部を介して作業腕３，４が油圧ショベルフレーム２Ａに連結されたり、作業腕３，４の構成部品同士が連結されたり、作業腕３，４に他の部品が連結されている。すなわち、ボス９，２１，２２，２３とボス９，２１，２２，２３のピン挿入孔に挿入されるピンとは、複数の部品を相互に（相対的に）回動可能な状態で連結される連結部を構成する。

本実施例において、これらのブラケット２０及びボス２１、２２、２３の溶接部近傍の表面あるいは内面（裏面）には、第一実施例で説明した溝１５が加工されている。溝１５は、油圧ショベル動作時の最大負荷時に応じて、ボス溶接部１３上の応力が最小化できる位置になるよう、ブラケット２０及びボス２１，２２，２３の表面または内面のいずれか一方、或いは表面及び内面の両方に設ける。またブラケット２０やボス２１，２２，２３に挿入されるピンの回転軸中心からの溝１５までの距離（溝１５の半径方向位置）が決定される。

本実施例によれば、油圧ショベル動作時のブラケット２０やボス２１，２２，２３周囲のつば部（第一実施例のつば部９Ｃに相当する部分）の曲げ変形が、溝部１５が変形することで小さくなるため、溶接部上の曲げ応力が小さくなる。その結果、疲労寿命が溝１５のない場合に比べて大きくなる。また、溝１５を加工することでボス２１，２２，２３の質量が小さくなるため、軽量化の効果も生まれる。

なお、本実施例の溝１５に、第二実施例乃至第五実施例で説明した溝１５〜１９を適用してもよい。これにより、第一実施例の作用効果のほか、第二実施例乃至第五実施例の作用効果を得ることができる。

なお、本発明は上記した各実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１…下部走行体、２…上部旋回体、２Ａ…油圧ショベルフレーム、３…ブーム、４…アーム、５…バケット、６…ブームシリンダ、７…アームシリンダ、８…バケットシリンダ、９…ボス、９Ａ…ピン挿入孔、９Ｂ…ボス本体部、９Ｃ…ボスつば部、１２Ａ…側板、１３…ボス溶接部、１４…裏当材、１５〜１９…溝。

Claims (6)

1. ピン挿入孔が形成されたボス本体部と前記ボス本体部の外周部に形成されたつば部とを有し前記つば部の外周部が板材に溶接により固定されたボスを備え、前記ボスと前記ピン挿入孔に挿入されたピンとで複数の部品が相対的に回動可能に連結された連結部を有する作業機械において、
   前記ボスは前記つば部に形成された溝部を有し、
   前記溝部は外周部に設けられた溶接部よりも前記ボスの径方向において前記ボス本体部側に配置され、
   前記溝部が形成された部分の前記つば部の板厚寸法は、前記板材の板厚寸法よりも小さいことを特徴とする作業機械。
2. 請求項１に記載の作業機械において、
   前記作業機械は油圧ショベルであり、前記板材により矩形断面を有する作業腕が構成され、
   前記溝部は前記矩形断面の外方に面する前記つば部の表面側に設けられていることを特徴とする作業機械。
3. 請求項１に記載の作業機械において、
   前記作業機械は油圧ショベルであり、前記板材により矩形断面を有する作業腕が構成され、
   前記溝部は前記矩形断面の内方に面する前記つば部の内面側に設けられていることを特徴とする作業機械。
4. 請求項１に記載の作業機械において、
   前記溝部は、前記ピン挿入孔の中心に対して同心円状に形成され、前記中心からの半径方向の距離が異なるように複数個設けられていることを特徴とする作業機械。
5. 請求項１に記載の作業機械において、
   前記作業機械は油圧ショベルであり、前記板材により矩形断面を有する作業腕が構成され、
   前記溝部は、前記ピン挿入孔の中心を中心とする周方向において異なる二箇所に、周方向の間隔を置いて配置された二つの溝を有することを特徴とする作業機械。
6. 請求項５に記載の作業機械において、
   前記二つの溝の一方は前記矩形断面の外方に面する前記つば部の表面側に設けられると共に、前記二つの溝の他方は前記矩形断面の内方に面する前記つば部の内面側に設けられ、
   前記ピン挿入孔の中心から前記つば部の表面側に設けられた前記溝までの半径方向距離が、前記ピン挿入孔の中心から前記つば部の内面側に設けられた前記溝までの半径方向距離よりも大きいことを特徴とする作業機械。

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