JP2018123521A

JP2018123521A - 建設機械のアーム

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Publication number: JP2018123521A
Application number: JP2017015198A
Authority: JP
Inventors: 田口　裕一; Yuichi Taguchi; 裕一田口; 岡田　康弘; Yasuhiro Okada; 康弘岡田
Original assignee: Japan Aerospace Exploration Agency JAXA; Taguchi Industrial Co Ltd; Taguchi Industry Inc
Current assignee: Japan Aerospace Exploration Agency JAXA; Taguchi Industrial Co Ltd; Taguchi Industry Inc
Priority date: 2017-01-31
Filing date: 2017-01-31
Publication date: 2018-08-09
Anticipated expiration: 2037-01-31
Also published as: JP6917022B2

Abstract

【課題】運搬又は保管の嵩減らしを目的として、アーム本体とブーム取付ブラケットとを容易に組立又は分解できるアームを提供する。【解決手段】アタッチメント側取付孔311を先部に設け、本体側接合孔312を後部に設けたアーム本体31と、ブーム側取付孔321やブラケット側接合孔322を設けたブーム連結ブラケット32とを、連通させた本体側接合孔312及びブラケット側接合孔322に通した接合ボルト33に接合ナット331を締め付けることにより組み付けてなる建設機械のアーム３である。【選択図】図３

Description

本発明は、建設機械のアームに関する。

建設機械のアームは、鋼板を溶接で接続した断面角形の中空構造である（特許文献１）。アームは、アタッチメント用シリンダのシリンダを軸支するアタッチメント用シリンダ支持軸、ブームを連結するブーム連結軸、前記ブームに軸支したアーム用シリンダのロッドを連結するアーム用シリンダ連結軸を後部に有する。また、アームは、アタッチメントを連結するアタッチメント連結軸、アームに軸支したアタッチメント用シリンダのロッド又はリンクを連結するアタッチメント用シリンダ連結軸を先部に有する。アタッチメント用シリンダやアタッチメント作動シリンダへの油圧配管は、アームの上面又は側面に添設されたり、アーム内部に挿通されたりする。

特開平09-165773号公報

従来のアームは、鋼板を溶接で接続した断面角形の中空構造のアーム本体と、アタッチメント用シリンダを支持し、ブームとの連結に用いるブーム連結ブラケットとから構成される。ブーム連結ブラケットは、アーム本体を構成する鋼板の延在部分であったり、アーム本体と別体で前記鋼板に溶接されたりする。通常、アームは、建設機械に取り付けた状態で運搬されるため、アーム本体からブーム連結ブラケットが出っ張っていても問題にならない。しかし、アームを単体で運搬又は保管する場合、アーム本体からブーム連結ブラケットが出っ張っていると、嵩張るほか、別のアームや他の部材を傷つける虞がある。そこで、運搬又は保管の嵩減らしを目的として、アーム本体とブーム取付ブラケットとを容易に組立又は分解できるアームについて検討した。

検討の結果開発したものが、アタッチメント側取付孔を先部に設け、本体側接合孔を後部に設けたアーム本体と、ブーム側取付孔やブラケット側接合孔を設けたブーム連結ブラケットとを、連通させた本体側接合孔及びブラケット側接合孔に通した接合ボルトに接合ナットを締め付けることにより組み付けてなる建設機械のアームである。アーム本体及びブーム連結ブラケットを構成する材料は、従来同様の鋼材のほか、軽金属又は前記軽金属の合金を含む鋼より比重の軽い金属又は前記金属の合金のほか、前記金属と比強度が同等以上となる樹脂又はセラミックスである。

アタッチメント側取付孔は、アタッチメントを連結するアタッチメント連結軸や、アタッチメント用シリンダのロッドを支持するアタッチメントリンクレバーを支持するアタッチメントリンクレバー連結軸を取り付ける。ブーム側取付孔は、アタッチメント用シリンダのチューブを支持するアタッチメント用シリンダ支持軸、ブームを連結するブーム連結軸や、アーム用シリンダのロッドを連結するアーム用シリンダ連結軸を取り付ける。アーム本体とブーム連結ブラケットとは、本体側接合孔とブラケット側接合孔に挿通した接合ボルト及び接合ナットを締め付けて組み付ける。

アーム本体及びブーム連結ブラケットを構成する材料が金属の場合、いずれか一方又は双方が鋼より比重の低い金属であれば、アームを軽量化できる。アームを軽量化する金属又は前記金属の合金は、例えばアルミ合金、チタン合金、マグネシウム合金又はニッケル合金等がある。また、アーム本体及びブーム連結ブラケットを構成する材料が樹脂又はセラミックスの場合、繊維強化プラスチックやファインセラミックスを例示できる。アーム本体及びブーム連結ブラケットを構成する材料の異同は問わない。接合ボルト及び接合ナットは、アーム本体又はブーム連結ブラケットと同じ又は異なる材料で構成する。

アーム本体は、外形状を限定しないが、先細りした方形断面である角錐台状のブロックとすれば、外観上従来アームに類似し、例えば油圧配管の取り回し等が従来同様にでき、好ましい。ブーム連結ブラケットは、アーム本体の左右中央に形成した接続溝に差し込む構成の場合にブロック状部材又は板状部材となり、アーム本体の側面に添える場合に板状部材となる。アーム本体とブーム連結ブラケットとを組み付ける接合ボルトは、２本以上とする。しかし、後述するように、左右一対のブーム連結ブラケットを一体化するスペーサを併用した場合、スペーサの１つをアーム本体に挿通できれば、前記スペーサに締め付ける連結ボルトを代用して、接合ボルトを１本にすることができる。

アーム本体は、前後方向に刳り貫かれた肉抜き孔と、前記肉抜き孔を横断する連通孔とを設けたブロックで、先部に設けた連通孔は、アタッチメント側取付孔とし、後部に設けた連通孔は、ブラケット側接合孔とした構成にする。肉抜き孔は、先部（後部）からブロックを刳り貫いて後部（先部）に貫通させてもよいし、貫通させなくてもよい。肉抜き孔や連通孔は、断面形状を問わず、例えば断面方形でもよい。しかし、肉抜き孔や連通孔は、応力の偏在がなく、また切削加工が容易な断面円形を基本とする。

また、ブーム連結ブラケットは、それぞれにブーム側接合孔と連結ボルト挿通孔とを設けた左右一対あり、左右のブーム連結ブラケットは、アーム本体を挟んで本体側接合孔とそれぞれのブラケット側接合孔とを連通させ、本体側接合孔及びブラケット側接合孔に通した接合ピンによりアーム本体に組み付け、アーム本体を挟まない部分でスペーサを挟み、連結ボルト挿通孔から差し込んだ連結ボルトを前記スペーサに締め付けて、前記スペーサを介して左右一体化した構成にする。スペーサは、ブーム連結ブラケットと同じ材料又は異なる材料で構成する。

本発明の建設機械のアームは、溶接を要することなく、別体であるアーム本体及びブーム連結ブラケットを連結ボルト接合して構成されるため、運搬又は保管に際して容易に組立又は分解できる。また、アーム本体及びブーム連結ブラケットを溶接することなく組み付けることができるので、溶接が困難な軽金属で前記アーム本体及びブーム連結ブラケットを構成でき、アームの軽量化を可能にする。アームの軽量化は、運搬に際する燃料コストの低減をもたらす。また、本発明の建設機械のアームは、アーム本体及びブーム連結ブラケットを分解できるため、運搬や保管をするに際して占有面積を小さくできる。更に、本発明の建設機械のアームは、アーム本体とブーム連結ブラケットとの組み合わせを変更して、多様なブームに対応できる柔軟性が得られる。

アーム本体は、前後方向に刳り貫かれた肉抜き孔と、前記肉抜き孔を横断する連通孔とを設けたブロックであると、同一材料の一体構成である構造を実現しながら、強度及び剛性を確保しながら、肉抜き孔及び連通孔により軽量化できる。ブロックを構成する材料がアルミ合金又はチタン合金である場合、特に切削加工が難しいことから、加工部位が減ることは望ましい。また、連通孔は、アタッチメント側取付孔や連結ボルト挿通孔として利用でき、別途アタッチメント側取付孔や連結ボルト挿通孔を設けなくて済む。

ブーム連結ブラケットは、左右一対の構成にすると、ブーム連結ブラケットを板状部材として薄く構成できるため、ブームを連結する部分として十分な軽量化を図ることができるほか、加工部位が減る。これにより、ブームを連結する部分の加工コストが低減されるほか、ブーム連結ブラケットの構成が簡素化され、強度又は剛性を保ちやすくなる。このほか、左右一対のブーム連結ブラケットは、破損等による交換単位が左右別になるため、部品交換による保守コストも低減できる利点がある。

本発明を適用したアームの一例を組み付けた建設機械の一例を示す側面図である。本例のアームの斜視図である。本例のアームの分解斜視図である。本例のアームの右側面図である。本例のアームの平面図である。本例のアームの底面図である。本例のアームの正面図である。本例のアームの背面図である。

以下、本発明を実施するための形態について図を参照しながら説明する。本発明のアーム３は、図１に見られるように、既存の建設機械１に対して従来同様に利用できる。本例のアーム３は、アーム本体31の先部に取り付けたアタッチメント連結軸41によりアタッチメント４を連結し、アーム本体31の先部に取り付けたアタッチメントリンクレバー連結軸42によりリンクレバー43の軸端を連結して、アタッチメント用シリンダ37のロッド371を前記リンクレバー43の揺動端に接続し、前記揺動端とアタッチメント４とをリンク44で結んでいる。

また、本例のアーム３は、上記アーム本体31を挟む一対のブーム連結ブラケット32に取り付けたブーム連結軸21によりブーム２と連結し、前記連結ブラケット32に取り付けたアーム用シリンダ連結軸22によりアーム用シリンダ23のロッド231を接続している。ブーム連結ブラケット32は、アタッチメント用シリンダ連結軸372により、アタッチメント用シリンダを揺動自在にしている。このように、本発明のアーム３は、こうしたブーム２及びアタッチメント４との連結関係やアタッチメント用シリンダ37の支持構造を従来同様に構成できるため、従来のアームに代えて利用できる。

本例のアーム２は、図２〜図８に見られるように、例えば超々ジュラルミン（アルミ合金）製でアタッチメント側取付孔311を先部に設け、本体側接合孔312を後部に設けたアーム本体31と、同じ超々ジュラルミン製でブーム側取付孔321やブラケット側接合孔322を設けたブーム連結ブラケット32とを、連通させた本体側接合孔312及びブラケット側接合孔322に通した接合ボルト33に接合ナット331を締め付けることにより組み付けて構成される。

アーム本体31は、外観上従来アームに類似して、先細りした方形断面である角錐台状の超々ジュラルミン製ブロックで、削り出し加工により全体が一体に成形されている。油圧配管等は、従来同様、外面に沿って取り回す（図示の便宜上、油圧配管等は図示略）。本例のアーム本体３は、軽量化のため、前端から後方に向けて刳り貫かれた肉抜き孔313と、前記肉抜き孔313を横断する連通孔314とを設けている。アタッチメント側取付孔311は、先部に設けた連通孔を兼ねている。また、前後中間位置に設けた本体側接合孔312は、連通孔の一つである。

ブーム連結ブラケット32は、側面視が略菱形である超々ジュラルミン製の板状部材で、削り出し加工により全体が一体に成形されている。本例のブーム連結ブラケット32は、アーム本体31の左右側面に沿える鏡面対称構造の左右一対あり、それぞれのアーム本体31の下面に沿わせる下辺の前後にブラケット側接合孔322を、上辺の前後にブーム側取付孔321を設けている。左右のブーム連結ブラケット32は、アーム本体31と３個のスペーサ34を挟んだ状態で、接合ボルト33及び連結ボルト35により前記アーム本体31に組み付ける。

左右一対のブーム連結ブラケット32は、まず下辺の前にあるブラケット側接合孔322をアーム本体31の前後中間位置に設けた本体側接合孔312に連通させ、一方のブーム連結ブラケット32の側から貫通させた接合ボルト33を他方のブーム連結ブラケット32の側で接合ナット331を掛合する。下辺の後にあるブラケット側接合孔322は、ブッシュ36を嵌合し、ブーム連結軸21を貫通させる。アーム本体31及び左右一対のブーム連結ブラケット32は、前記ブーム連結軸21によっても一体化される。

左右一対のブーム連結ブラケット32は、アーム本体31上面より突出する部分に円筒状のスペーサ34を挟み、ボルト貫通孔351を通して差し込まれる連結ボルト35を前記スペーサ34に捩じ込むことにより、左右の位置関係及び姿勢を固定して一体化する。スペーサ34は、アーム本体31同様、超々ジュラルミン製とすることもできるが、雌ネジを刻む加工を考慮した場合、小さな部材でもあって軽量化を損ねないことから、従来同様鋼材を用いてもよい。

また、左右一対のブーム連結ブラケット32は、ボルト貫通孔351を通して本体アーム31のボルトネジ孔352に連結ボルト35を捩じ込むことにいより、接合ボルト33及び接合ナット331の掛合とも相俟って、本体アーム31に対してもがたつきなく、一体化する。こうして、アーム本体31と左右一対のブーム連結ブラケット32とが組み付けられる。アーム本体31と左右一対のブーム連結ブラケット32とは、いずれも分離可能な接合ボルト33や連結ボルト35を用いて組み付けているため、分解も容易である。

本発明は、溶接を要しないアーム３を提供する。これは、溶接が困難であるが軽量である金属を、アーム本体31及びブーム取付ブラケット32の材料として選択できる利点をもたらし、アーム３の軽量化に資する。軽量化されたアーム３は、運搬コストの低減をもたらすほか、建設機械１に組み付けた場合、従来のアームに比べてブームの上げ下げ速度や吊り能力を改善させ、掘削土量の増量やサイクルタイムの短縮により生産性を向上させる。本例のようにアーム本体31及びブーム取付ブラケット32を超々ジュラルミンで構成した場合、代替対象となる鋼板製の従来のアームに比べて重量が約半分になり、前記従来のアームと比較して、ブームの上げ下げ速度や吊り能力を10%程度改善させ、掘削土量を５％程度増やし、またサイクルタイムを５％程度短縮させる。

１建設機械
２ブーム
21 ブーム連結軸
22 アーム用シリンダ連結軸
23 アーム用シリンダ
231 アーム用シリンダのロッド
３アーム
31 アーム本体
311 アタッチメント側取付孔
312 本体側接合孔
313 肉抜き孔
314 連通孔
32 ブーム連結ブラケット
321 ブーム側取付孔
322 ブラケット側接合孔
33 接合ボルト
331 接合ナット
34 スペーサ
35 連結ボルト
351 ボルト貫通孔
352 ボルトネジ孔
36 ブッシュ
37 アタッチメント揺動シリンダ
371 ロッド
372 アタッチメント揺動シリンダ連結軸
４アタッチメント
41 アタッチメント連結軸
42 アタッチメントリンクレバー連結軸
43 リンクレバー
44 リンク

Claims

アタッチメント側取付孔を先部に設け、本体側接合孔を後部に設けたアーム本体と、
ブーム側取付孔やブラケット側接合孔を設けたブーム連結ブラケットとを、
連通させた本体側接合孔及びブラケット側接合孔に通した接合ボルトに接合ナットを締め付けることにより組み付けてなる建設機械のアーム。
アーム本体は、前後方向に刳り貫かれた肉抜き孔と、前記肉抜き孔を横断する連通孔とを設けたブロックで、
先部に設けた連通孔は、アタッチメント側取付孔とし、
後部に設けた連通孔は、ブラケット側接合孔とした請求項１記載の建設機械のアーム。
ブーム連結ブラケットは、それぞれにブーム側接合孔と連結ボルト挿通孔とを設けた左右一対あり、
左右のブーム連結ブラケットは、アーム本体を挟んで本体側接合孔とそれぞれのブラケット側接合孔とを連通させ、本体側接合孔及びブラケット側接合孔に通した接合ボルトに接合ナットを締め付けることによりアーム本体に組み付け、
アーム本体を挟まない部分でスペーサを挟み、連結ボルト挿通孔から差し込んだ連結ボルトを前記スペーサに締め付けて、前記スペーサを介して左右一体化した請求項１又は２いずれか記載の建設機械のアーム。