JP3567370B2 - 作業機械のクイックカプラ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、作業機械のクイックカプラ装置、さらに詳しくは、作業機械の作業腕に作業装置を着脱自在にかつ迅速に連結するためのクイックカプラ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば油圧ショベルのごとき作業機械は、その作業腕の先端に装着される作業装置を異なったものと交換することにより種々の作業を遂行することができる。バケットを装着することにより土砂の掘削、積込などの作業が遂行され、油圧ブレーカを装着することにより採石、路面破砕などの作業が遂行され、圧砕機を装着することにより構造物の解体などの作業が遂行される。したがって、バケット、ブレーカ、圧砕機などの種々の作業装置を適宜に着脱交換すれば、一台の油圧ショベルを多目的、多機能に用いることができる。
【０００３】
そこでこの種の作業機械には、作業装置を作業腕に着脱自在にかつ迅速に連結するためのクイックカプラ装置（以下単にクイックカプラと呼ぶことがある）が用意されている。クイックカプラの例を図１０及び図１１を参照して説明すると、全体を番号５０で示すクイックカプラは、作業腕５２の先端部のボス５２ａの部分に同一の軸線上を摺動可能に配設された一対の軸部材であるピストン５４、５４を備え、ピストン５４、５４の間には圧縮ばね５６が介在され、ばね５６の力によってピストン５４、５４は作業腕５２の外方に突出する方向に付勢されている。そして、ボス５２ａの内部に油圧力を作用させることにより、ピストン５４、５４はばね５６の付勢力に抗して作業腕５２の内方に引込められる（図１１に示す状態）。
【０００４】
連結される作業装置としてのバケット５８を、作業腕５２の先端部においてピストン５４、５４を中心に揺動作動させるための、作業腕５２に備えられバケット５８に連結される揺動作動部材６０の先端部には、ピストン５４、５４と実質上平行に配設され左右に突出した係合軸である一対のピン６２、６２が備えられている。
【０００５】
さらに、作業腕５２のピストン５４、５４と揺動作動部材６０のピン６２、６２との間には、ピストン５４とピン６０との間の軸間距離Ｌを規定する枠体６４が設けられている。また、バケット５８には互いに逆の方向に開口された一対の切欠溝６６ａ、６６ｂを備えたブラケット６６が枠体６４の外側に一対設けられている。
【０００６】
バケット５８を作業腕５２及び揺動作動部材６０の先端部に連結するには、作業腕５２及び／又は揺動作動部材６０を作動させ先ず揺動作動部材６０の先端の突出しているピン６２、６２を一方の切欠溝６６ａ、６６ａにそれぞれ係合させる。その後作業腕５２の先端部のピストン５４、５４の各々を油圧力によって枠体６４から突出させ他方の切欠溝６６ｂ、６６ｂにそれぞれ係合させる。かくしてバケット５８が連結される。バケット５８を作業腕５２及び揺動作動部材６０の先端部から外すには、連結の手順とは逆に、先ずピストン５４、５４の油圧力を解除してそれぞれを枠体６４の中に引込め切欠溝６６ｂ、６６ｂとの係合を解除する。その後作業腕５２及び／又は揺動作動部材６０を作動させピン６２、６２と切欠溝６６ａ、６６ａとの係合を解除する。かくして、作業腕５２の先端部及び揺動作動部材６０の先端部にバケット５８が着脱自在に連結される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述したとおりの形態の従来のクイックカプラ装置には、次のとおりの解決すべき問題がある。
【０００８】
（１）作業腕先端部の軸部材の損傷：
作業腕５２の先端部の進退自在な軸部材である一対のピストン５４、５４は、ばね５６の力及び油圧力によって摺動するように構成され、ピストン５４の摺動部分には作動油の外部への漏れを止めるシールと、ピストン５４に作業装置５８から加わる負荷を受けるための軸受が設けられ、軸受は作動油によって潤滑されている。したがって、ピストン５４の摺動部分にはシールと軸受が配設されるので、軸受の面積は限られ、また粘度の低い作動油で軸受が潤滑されるので、作業装置５８に高負荷、すなわち軸受に大きな力が加わる場合には、軸受及び軸部材が損傷され易く、また外部への作動油の漏れも発生し易い。
【０００９】
（２）異なった作業装置の取付け：
作業装置５８を取付けるための軸間距離Ｌは作業腕５２の先端部と揺動作動部材６０の先端部とを結ぶ枠体６４によって一種類に限定される。したがって、軸間距離Ｌの異なる作業装置を連結するには、軸間距離Ｌの異なった枠体を作業装置の種類に応じて用意しなければならない。
【００１０】
本発明は上記事実に鑑みてなされたもので、その技術的課題は、作業腕に作業装置を着脱自在に連結するクイックカプラ装置において、作業腕に進退自在に備えられる軸部材の摺動部分の軸受を十分に確保することができるようにし、また作業腕および作業腕の揺動作動部材とに取付の軸間距離の異なる作業装置を連結することができるようにした、作業機械のクイックカプラ装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、上記技術的課題を解決する作業機械のクイックカプラ装置として、作業装置が連結される作業腕に摺動自在に備えられた一対の軸部材と、該軸部材の各々に連結され該軸部材の各々を摺動させる軸移動手段とを備え、該軸移動手段によって該一対の軸部材を該作業装置に備えられた装置部軸受孔に離脱自在に挿入することにより該作業腕に該作業装置が着脱自在に連結され、
該作業腕は、各々が該作業腕の外方に開口して同一の軸線上に形成され該一対の軸部材の各々が摺動自在に挿入された一対の腕部軸受孔を備え、該軸移動手段は、該軸部材の対向した端部の各々と該作業腕との間に配設され、
該軸移動手段は、該軸部材各々の先端部を該腕部軸受孔から外方に突出させた突出位置と該腕部軸受孔に引込めた引込位置との間で移動自在に作動させ、
該軸移動手段は、該作業腕に取付けられた伸縮自在な流体圧シリンダと、該流体圧シリンダの出力部材と該一対の軸部材の各々との間に連結された一対のリンク部材とを備え、
該流体圧シリンダは、該一対の軸部材の軸線に実質上直交する方向に伸縮し、該流体圧シリンダの出力部材と該一対のリンク部材の連結中心は該軸部材の引込位置と突出位置においては互いに該軸線の反対側に位置するように配設され、該突出位置においては該出力部材が当接するストッパが該作業腕に備えられている、ことを特徴とする作業機械のクイックカプラ装置が提供される。
【００１２】
本発明によるクイックカプラ装置においては、軸部材に連結された軸移動手段によって軸部材を摺動移動させる。そして、軸部材の摺動部分の作動油の漏れ止め手段を不要にし、軸受部分を大きくすることができるようにし、作動油とは別のグリースなどで潤滑を行うことができるようにする。
【００１４】
そして、流体圧シリンダの伸縮によって一対の軸部材を摺動移動させる。ストッパは突出された軸部材に加わる押し戻そうとする力を受け止める。
【００１５】
好適実施形態においては、該リンク部材の各々は該軸部材の各々に該軸線を中心に回動自在に連結されている。
【００１６】
そして、作業装置の揺動により軸部材に回転させる力が加わっても軸移動手段に無理な力がかからないようにする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に従って構成された作業機械のクイックカプラ装置の好適実施形態を図示している添付図面を参照して、さらに詳細に説明する。
【００２０】
図１〜図３を参照して説明すると、作業機械の作業腕２の先端部に作業装置としてのバケット４を着脱自在に連結するための全体を番号６で示すクイックカプラは、作業腕２の先端部に同一の軸線Ｘ１上でかつ各々がアーム２の外方に開口して形成された一対の腕部軸受孔８、８と、軸受孔８、８の各々に摺動自在に挿入された一対の軸部材１０、１０と、軸部材１０、１０の対向した端部の各々に連結され軸部材１０、１０の各々の先端部を軸受孔８、８から外方に突出させる「突出位置」と軸受孔８、８の中にに引込める「引込位置」との間で自在に移動させる軸移動手段１２と、作業腕２の外方において腕部軸受孔８、８の各々と同一の軸線Ｘ１上に配置可能にバケット４に配設された一対の装置部軸受孔１４、１４とを備えている。
【００２１】
主として図２を参照して説明すると、作業腕２は箱型断面を有して延在し、その先端部に延在方向に直交して円筒状ボス２ａが一体的に取付けられている。ボス２ａの軸線方向の両端部に腕部軸受孔８、８が軸線Ｘ１上で形成されている。軸受孔８、８の各々には軸受部材８ａが設けられている。一対の軸受孔８、８の軸線Ｘ１方向の中間部には半径方向で内方に突出した、軸移動手段１２のストッパ９が形成されている。軸部材１０、１０各々の対向した端部には軸移動手段１２が連結される連結部材１１が軸部材１０に軸線Ｘ１を中心に回動自在に取付けられている（軸移動手段１２及び連結部材１１については後に詳述する）。
【００２２】
主として図３を参照して説明すると、バケット４にはその上部に間隔をおいて立設された一対の取付板４ａ、４ａの各々に一対の装置部軸受孔１４、１４が軸線Ｘ１上に腕部軸受孔８と実質上同一の径を有して形成されている。軸受孔１４には軸受部材１４ａが設けられている。取付板４ａ、４ａの間にはまた、係合軸１５が軸受孔１４の軸線Ｘ１と実質上平行にＹの軸間距離で軸線Ｘ２を規定して取付けられている。
【００２３】
軸移動手段１２を図２とともに図４を参照して説明すると、軸移動手段１２は、作業腕２の箱型断面構造の中に配設され作業腕２に本体部１６ａが取付けられた伸縮自在な複動式の流体圧シリンダ１６と、流体圧シリンダ１６の出力部材であるロッド１６ｂと軸部材１０、１０各々の端部に取付けられた連結部材１１との間に連結された一対のリンク部材１８、１８とを備えている。流体圧シリンダ１６は、軸部材１０、１０の軸線Ｘ１に実質上直交する方向（図２において上下方向）に伸縮作動するように配設されている。リンク部材１８、１８各々の一端部はロッド１６ｂに連結中心Ｚを中心に回動自在に連結され、他端部は連結部材１１にそれぞれ回動自在に連結されている。流体圧シリンダ１６の伸縮作動は、作業機械本体の流体制御手段から作動流体が配管を介して供給され制御される（配管の図示は省略されている）。
【００２４】
連結部材１１を図４を参照して説明すると、連結部材１１には、軸部材１０の端部に形成された円筒状凹部１０ａに嵌合された大径円板部１１ａ、凹部１０ａからの抜出しを止める軸端の止板１０ｂを貫通した小径円板部１１ｂ、及び小径部１１ｂに立設されリンク部材１８が連結されるピン孔が備えられた連結板１１ｃが一体になって形成され、大径部１１ａは凹部１０ａの中で軸部材１０の軸線Ｘ１を中心に回動自在になっている。
【００２５】
かくして一対の軸部材１０、１０はその先端部が、軸移動手段１２の流体圧シリンダ１６を収縮作動させることにより、軸部材１０、１０がそれぞれ軸受孔８、８の中に向けて摺動され引込まれる図２に示された「引込位置」に位置付けられ、流体圧シリンダ１６を伸張作動させることにより、外方に向けて摺動され突出される図５に示された「突出位置」に位置付けられる。
【００２６】
そして、ロッド１６ｂとリンク部材１８、１８の連結中心Ｚは、「引込位置（図３）」と「突出位置（図５）」とにおいては、互いに軸線Ｘ１の反対側に位置するよう配設され、「突出位置（図５）」においてはロッド１６ｂの先端はストッパ９に当接しロッド１６ｂのそれ以上の伸張が止められている。
【００２７】
図１とともに図６〜図８を参照して説明を続けると、クイックカプラ６にはさらに、作業腕２に備えられバケット４を軸部材１０、１０（軸線Ｘ１）を中心に揺動作動させる揺動作動部材である揺動作動部材２０の先端部にバケット４の係合軸１５に離脱自在に係合する係合溝２１と、揺動作動部材２０の先端部と作業腕２の先端部との間に取付けられ係合軸１５と係合溝２１を離脱自在に係合する伸縮自在な係合手段２２とが備えられている。作業腕２の先端のボス２ａの軸線Ｘ１方向の両端外周部には断面Ｌ字形状の環状の係合手段取付溝２４が形成されている。
【００２８】
係合溝２１は、揺動作動部材２０の先端部に作業腕２の先端部の軸線Ｘ１と実質上平行に取付けられた丸棒状部材２０ａに、その軸線Ｘ２の方向に延びて断面Ｕ字形状を成して係合軸１５に向けて開口し形成されている。係合溝２１の延在方向の中央部には、半径方向外方に係合溝２１よりも大径の断面Ｕ字形状の係合手段取付溝２６が形成されている。丸棒状部材２０ａにはまた、取付溝２６のＵ字形状の底部から半径方向外方に連通し外周方向に所定の長さを有する長孔２７が形成されている。
【００２９】
係合手段２２は、作業腕２に設けられた一対の係合手段取付溝２４、２４と揺動リンク作動部材２０に設けられた係合手段取付溝２１の各々に取付けられて配設されている。係合手段２２は、伸縮自在な複動式の流体圧シリンダ２８と、流体圧シリンダ２８の出力ロッド２８ａの先端部に取付けられロッド２８ａの伸張方向に向けて開口した円弧部材３０と、流体圧シリンダ２８のシリンダ本体２８ｂの基部２８ｃが取付けられるブラケット３２とを備えている。流体圧シリンダ２８の伸縮作動は、作業機械本体の流体制御手段から作動流体が配管を介して供給され制御される（配管の図示は省略されている）。
【００３０】
円弧部材３０は、断面が半円径を成して内径が係合軸１５に係合する径に、また外径及び軸線Ｘ２方向の幅が取付溝２６に係合する大きさにそれぞれ規定されて形成され、半円形状の中央部にはロッド２８ａが連結される雌ねじ３０ａが形成されている。ロッド２８ａの先端部には雄ねじ２８ｄが設けられており、長孔２７を通して雌ねじ３０ａに螺合されるとともに、雄ねじ２８ｄには板部材３４がロッド２８ａが挿入される貫通孔を有して丸棒状部材２０ａの外周部に当接し円弧部材３０と板部材３４によって丸棒状部材２０ａを挟持するようにナット３５によって位置付けられ取付けられている。
【００３１】
ブラケット３２は、一対の取付溝２４の各々に嵌合する取付孔を備えた一対の側板３２ａ、３２ａと、側板３２ａ、３２ａを連結し軸線Ｘ１と実質上平行に配設された取付部材３２ｂとを備え、シリンダ本体２８ｂの基部２８ｃが取付板３２ｂにボルト３６によって取付けられている。側板３２ａ、３２ａと取付板３２ｂとはボルトなどの締結手段（図示していない）によって連結されている。
【００３２】
かくして、係合手段２２の流体圧シリンダ２８を伸縮作動させることにより、揺動作動部材２０の先端部の係合溝２１とバケット４に備えられた係合軸１５が離脱自在に係合される。また係合手段２２は、揺動作動部材２０の先端部とアーム２の先端部との間に取付けられた状態でアーム２の先端（軸線Ｘ１）を中心に揺動が可能である。
【００３３】
上述のように構成されたクイックカプラ装置６を介して作業腕２の先端部にバケット４を着脱自在に連結する手順を説明する。
【００３４】
バケット４を作業腕２に連結するには、係合軸１５及び軸受孔１４を上方にして配置したバケット４（図３に示す状態）に、係合手段２２を収縮させ、また作業腕２及び／又は揺動作動部材２０を作動させ係合軸１５と係合溝２１を係合させる。係合状態を維持しながら作業腕２を作動させ、また係合手段２２を伸張させ、軸部材１０と軸受孔１４の軸線Ｘ１を整合させて、一対の軸部材１０、１０を軸移動手段１２によって「突出位置（図５）」に突出させ、各々の先端部を軸受孔１４に挿入させる。かくして、バケット４は作業腕２に連結される。なお、バケット４の軸受孔１４（軸線Ｘ１）と係合軸１５（軸線Ｘ２）の間隔Ｙが係合手段２２の伸縮に対し十分に広く確保することができる場合は、最初に一対の軸部材１０、１０をバケット４の軸受孔１４、１４に挿入し、その後で係合手段２２を伸張させ係合溝２１と係合軸１５を係合させることができる。
【００３５】
バケット４を作業腕２から取り外すには、上述の連結の手順とは逆に、先ず作業腕２の一対の軸部材１０、１０を軸移動手段１２によって「引込位置（図２）」に引込めて軸部材１０と軸受孔１４の係合を解除し、その後で作業腕２を作動して係合軸１５と係合溝２１の係合を解除する。
【００３６】
かくして、作業腕２の軸部材１０、１０を軸移動手段１２によって「突出位置」と「引込位置」の間で移動させ、バケット４の軸受孔１４、１４に離脱自在に挿入させ、揺動作動部材２０の係合溝２１を係合手段２２によってバケット４の係合軸１５に離脱自在に係合させることにより、作業腕２にバケット４がクイックカプラ６を介して着脱自在に連結される。
【００３７】
上述したとおりの作業機械のクイックカプラ装置６の作用を説明する。
【００３８】
（１）作業腕先端部の軸部材の損傷：
図１及び図２を参照して説明すると、作業腕２の先端部の軸部材１０、１０は、軸移動手段１２の流体圧シリンダ１６の伸縮作動がリンク部材１８を介して連結されて進退自在に摺動するよう構成されている。したがって、従来のように作動油の漏れ止め手段を設けなくてよく、軸受部分を大きくすることができ、さらにグリースなどによる潤滑を行うことができる。したがって、軸部材の損傷が防止され、また外部への作動油の漏れの問題もない。
【００３９】
（２）異なった作業装置の取付け：
図１及び図６を参照して説明すると、作業腕２の先端部と揺動作動部材２０の先端部とを結ぶ伸縮自在な係合手段２２によって、バケット４を取付けるための軸線Ｘ１と軸線Ｘ２との軸間距離Ｙを自在に調整することができる。したがって、軸間距離Ｙの異なる種々の作業装置を任意に連結することができる。
【００４０】
（３）軸移動手段：
軸移動手段１２の出力ロッド１６ｂとリンク部材１８の連結中心Ｚは軸部材１０、１０を「突出位置」に位置付けると図５に示すように軸部材１０の軸線Ｘ１を越えて出力ロッド１６ｂがストッパ９に当接するよう構成されている。したがって、突出された軸部材１０を引込め押戻す力が軸部材１０に作用しても、その力はストッパ９で受け止められ、軸移動手段１２の流体圧シリンダ１６には作用しない。そして、流体圧シリンダ１６のサイズを必要最小限の大きさにすることができる。
【００４１】
（４）軸移動手段：
軸移動手段１２のリンク部材１８と軸部材１０との連結部には、図４に示すように軸部材１０の軸線Ｘ１を中心に回動自在な回動部材１１を設けられている。したがって、作業装置４を揺動作動させることによって軸部材１０に回転力が加わってもリンク部材１０に回転力は作用しない。そして、リンク部材１８などの構造を簡単にすることができる。
【００４２】
以上、本発明を実施の形態に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内においてさまざまな変形あるいは修正ができるものである。
【００４３】
（１）軸移動手段のリンク部材：
図２に示した軸移動手段１２のリンク部材１８を、図９に示した構成にしてもよい。すなわち、図９（ａ）に示すように一対のリンク部材３８、３８を流体圧シリンダ１６の出力ロッド１６ｂの端部に伸縮方向と直交する方向に間隔をおいて連結し、それぞれを交叉するように配設して他端を軸部材１０、１０各々の連結部材１１に連結する。図９（ａ）は軸部材１０の「引込位置」の状態を示し、図９（ｂ）は「突出位置」でストッパ９にロッド１６ｂの先端が当接した状態を示している。このようにリンク部材３８、３８の軸線Ｘ１側への傾斜を大きくすることにより、軸部材１０を押し引きする力を増して軸部材１０をより容易に摺動移動させることができる。
【００４４】
（２）軸移動手段と軸部材の連結部：
軸移動手段１２のリンク部材１８と軸部材１０の連結部の回動自在な回動部材１１は、球状の継手である例えば周知のボールジョイントであってもよい。
【００４５】
【発明の効果】
本発明に従って構成された作業機械のクイックカプラ装置によれば、作業腕の先端部に進退自在に備えられ作業装置が着脱自在に連結される軸部材の摺動部分に、作動油の漏れ止め手段を設ける必要がなく、軸受が十分に確保され、軸部材を軸受用のグリースなどによって潤滑できるようにした、また種々の軸間距離の異なる作業装置を連結することができるようにした、作業機械のクイックカプラ装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従って構成されたクイックカプラ装置を介して作業腕に作業装置を連結した形態を示す側面図。
【図２】図１のＡ−Ａ矢印方向に見て軸移動手段を「引込位置」に位置付けた状態で示した断面図。
【図３】作業装置としてのバケットの斜視図。
【図４】図２のＢで示した軸部材の端部の詳細図。
【図５】図２における軸移動手段を「突出位置」にして示した断面図。
【図６】図１のＣ−Ｃ矢印方向に見た断面図
【図７】図６のＤ−Ｄ矢印方向に見た断面図
【図８】図６のＥ−Ｅ矢印方向に見た断面図
【図９】（ａ）軸移動手段の他の実施の形態を「引込位置」で示した断面図。
（ｂ）（ａ）に示す形態を「突出位置」にして示した断面図。
【図１０】従来のクイックカプラ装置を介して作業腕に作業装置を連結した形態を示す側面図。
【図１１】図１０のＦ−Ｆ矢印方向に見た断面図。
【符号の説明】
２：作業腕
４：バケット（作業装置）
６：クイックカプラ装置
８：腕部軸受孔
９：ストッパ
１０：軸部材
１２：軸移動手段
１４：装置部軸受孔
１５：係合軸
１６：流体圧シリンダ
１６ｂ：ロッド（出力部材）
１８：リンク部材
２０：揺動作動部材
２１：係合溝
２２：係合手段
２８：流体圧シリンダ
３８：腕部軸受孔
５０：クイックカプラ装置
Ｘ１、Ｘ２：軸線
Ｙ、Ｌ：軸間距離
Ｚ：連結中心

Claims (2)

1. 作業装置が連結される作業腕に摺動自在に備えられた一対の軸部材と、該軸部材の各々に連結され該軸部材の各々を摺動させる軸移動手段とを備え、該軸移動手段によって該一対の軸部材を該作業装置に備えられた装置部軸受孔に離脱自在に挿入することにより該作業腕に該作業装置が着脱自在に連結され、
   該作業腕は、各々が該作業腕の外方に開口して同一の軸線上に形成され該一対の軸部材の各々が摺動自在に挿入された一対の腕部軸受孔を備え、該軸移動手段は、該軸部材の対向した端部の各々と該作業腕との間に配設され、
   該軸移動手段は、該軸部材各々の先端部を該腕部軸受孔から外方に突出させた突出位置と該腕部軸受孔に引込めた引込位置との間で移動自在に作動させ、
   該軸移動手段は、該作業腕に取付けられた伸縮自在な流体圧シリンダと、該流体圧シリンダの出力部材と該一対の軸部材の各々との間に連結された一対のリンク部材とを備え、
   該流体圧シリンダは、該一対の軸部材の軸線に実質上直交する方向に伸縮し、該流体圧シリンダの出力部材と該一対のリンク部材の連結中心は該軸部材の引込位置と突出位置においては互いに該軸線の反対側に位置するように配設され、該突出位置においては該出力部材が当接するストッパが該作業腕に備えられている、ことを特徴とする作業機械のクイックカプラ装置。
2. 該リンク部材の各々は該軸部材の各々に該軸線を中心に回動自在に連結されている、請求項１記載の作業機械のクイックカプラ装置。

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