JP4062093B2 - ピン結合部構造 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば油圧ショベル等の建設機械に装備される作業装置に好適に用いられるピン結合部構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
【特許文献1】
特開平7−113246号公報
【特許文献2】
実開平1−165399号公報
【0003】
一般に、油圧ショベル等の建設機械にあっては、例えば作業装置のブーム、アーム及びバケット間をそれぞれピン結合構造としての軸受装置により回動可能に連結し、土砂等の掘削作業時にブームシリンダ、アームシリンダ及びバケットシリンダを伸縮させることによって、ブーム、アーム及びバケットをそれぞれ回動するようにしている。
【0004】
ピン結合構造は、筒状のボス部材と、前記ボス部材内に挿通される連結ピンと、前記ボス部材の軸方向両端側に配置され、前記連結ピンの両端側を固定的に支持する左右のブラケットとから構成されている。
【0005】
そして、連結ピンは、軸方向の両端側が左右のブラケット等に形成されたピン挿通孔内に挿通され、軸方向の中間部がブッシュ等を介してボス部材の内周側に摺動可能に挿通されることにより、ボス部材と各ブラケットとを互いに回動可能に連結している。
【0006】
この種の従来技術におけるピン結合構造としては、ボス部材と各ブラケットとの内周側に円筒状のブッシュをそれぞれ嵌挿し、ボス部材と各ブラケットとの軸方向端面間に隙間を形成するために、ボス部材の内周側に設けたブッシュの端面と各ブラケットの内周側に設けたブッシュの端面とを互いに当接させる構成としている(特許文献1所載)。
【0007】
また、他の従来技術におけるピン結合構造としては、ボス部材と各ブラケットとの内周側に鍔付き円筒ブッシュをそれぞれ嵌挿し、ボス部材側のブッシュに一体的に形成された鍔部と各ブラケット側のブッシュに一体的に形成された鍔部とを互いに摺接させることによって、ボス部材と各ブラケットとの間でスラスト荷重を支承させる構成としている(特許文献2所載)。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献1に開示されたピン結合構造では、各ブッシュの端面間でスラスト荷重を支承させることから、各ブッシュ端面には大きな面圧が作用し、各ブッシュ端面に摩耗、損傷が生じ易いという問題がある。
【0009】
また、特許文献2に開示されたピン結合構造では、円筒ブッシュと鍔部との結合基部に亀裂や変形が生じ易くなり、とくに大型の建設機械においては、これに用いられるブッシュ自体が大径になるため、鍔部を一体的に形成することが難しく、製造コストが高くなると共に、各鍔部が摩耗、損傷した場合の交換に多大な費用を必要とするなどの問題がある。
【0010】
更に、油圧ショベル等の建設機械にあっては、多くの場合、塵埃に曝されたり泥水等が掛かったりする環境で使用されるために、これらがボス部材とブラケットとの間の摺動面に侵入する危険がきわめて高く、侵入した塵埃、泥水等により摺動面に摩耗、損傷が早期に生じるという問題もある。
【0011】
本発明は上記実情に鑑みなされたもので、その目的は、摺動面への塵埃、泥水等の侵入を防止でき、ボス部材とブラケットとの間の円滑な相対的な回動を長期間にわたって維持できるピン結合部構造を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明の第一の態様のピン結合部構造は、筒状のボス部材と、該ボス部材に挿通される連結ピンと、該ボス部材の軸方向の両端面側に配設され、連結ピンの両側を支持するブラケットと、ボス部材の端面とブラケットの内側端面との間に配されたシム部材とを具備しており、ボス部材とブラケットとを互いに回動可能に連結するものであって、ここで、該シム部材は、合成樹脂製の第一のケースと、第一のケースに相対回転可能に組合わされた金属製の第二のケースと、第一及び第二のケースの内周側に配された内側シール手段と、第一及び第二のケースの外周側に配された外側シール手段と、内側及び外側シール手段間であって、第一のケースに一体的に形成された合成樹脂製のスラスト滑り手段と、少なくとも荷重に対して該スラスト滑り手段を補強する補強手段とを具備している。
【0013】
第一の態様のピン結合部構造によれば、シム部材は、相対回転可能に組合わされた合成樹脂製の第一のケース及び金属製の第二のケースと、内側及び外側シール手段間であって、第一のケースに一体的に形成された合成樹脂製のスラスト滑り手段とを具備しているので、ボス部材とブラケットとの間の相対的な回動に伴う摺動は、第一及び第二のケースにおいてなされることとなり、ボス部材及びブラケットの端面の摩耗、損傷を防止でき、また、第一及び第二のケース間において、内周側に配された内側シール手段と外周側に配された外側シール手段とを具備しているので、内周側及び外周側からのシム部材内への塵埃、泥水等の異物の侵入を防止でき、これら異物の侵入に起因する摺動特性の低下を防止して、ボス部材とブラケットとの間の相対的な円滑な回動を長期間にわたって維持でき、さらに、第二のケースを金属製とすることにより、ボス部材の端面に形成された凹部への圧入固定を可能とし、更にまた、少なくとも荷重に対して該スラスト滑り手段を補強する補強手段を具備しているので、第一のケースに一体的に形成されたスラスト滑り軸受手段が補強手段によってその径方向及び厚さ方向に関して補強される結果、径方向及び厚さ方向の荷重に起因するスラスト滑り軸受手段の塑性変形等は極力抑えられることになる。
【0014】
好ましくは、本発明において第二の態様のピン結合部構造のように、第一のケースは、中央部に連結ピンが挿通される第一の挿通孔を有する円板状の第一の基体部と、第一の基体部の外周面の軸方向の一方の端部側から径方向外方に伸びた外側環状鍔部と、第一の挿通孔を規定する第一の基体部の内周面の軸方向の他方の端部側から径方向内方に伸び、第一の基体部の内周面と共に第一の挿通孔を規定する内面を有した内側環状鍔部と、第一の基体部の軸方向の一方の端面の内周側に形成された内側環状溝と、第一の基体部の軸方向の一方の端面の外周側に該内側環状溝と径方向外方に所定間隔へだてて形成された外側環状溝と、該外側環状溝の内周側に連続して第一の基体部に形成された環状凹溝とを備えており、第二のケースは、中央部に連結ピンが挿通される第二の挿通孔を有し第一の基体部に対面する円板状の第二の基体部と、第二の基体部の外周端部から第一のケースに向かって突出する外側円筒突出部と、該外側円筒突出部の端部から径方向内方に伸びる環状鍔部と、第二の基体部の内周端部から第一のケースに向かって突出する内側円筒突出部とを備えており、スラスト滑り手段は、第一の基体部の内側環状溝及び環状凹溝で囲まれた軸方向の一方の端面に突出して形成されたスラスト滑り軸受部を備えており、補強手段は、スラスト滑り軸受部を拘束して少なくとも荷重に対して補強するように環状凹溝に装着されており、第二のケースは、環状鍔部を第一のケースの外側環状鍔部に係合させ、内側円筒突出部を第一のケースの内側環状鍔部に対面させ、第二の基体部の軸方向の一方の端面をスラスト滑り軸受部に当接させて、第一のケースと相対回転可能に組合わされている。
【0015】
また、内側シール手段は、好ましくは本発明の第三の態様のピン結合部構造のように、第一の基体部に形成された内側環状溝に装着されて第二の基体部の下面に接触する内側シール体を具備している。
【0016】
内側シール体は、本発明の第四の態様のピン結合部構造のように、第一の基体部に形成された内側環状溝に装着されて第二の基体部の軸方向の一方の端面に接触する弾性シール部材を具備している。
【0017】
外側シール手段は、好ましくは、本発明の第五の態様のピン結合部構造のように、第一の基体部に形成された外側環状溝に装着されて第二の基体部の軸方向の一方の端面に接触する外側シール体を具備しており、外側シール体は、本発明の第六の態様のピン結合部構造のように、第一の基体部に形成された外側環状溝に装着されて第二の基体部の軸方向の一方の端面に接触する弾性シール部材を具備している。
【0018】
補強手段は、好ましい例では本発明の第七の態様のピン結合部構造のように、第一の基体部に形成された環状凹溝に嵌合された補強リングを備えている。
【0019】
この補強リングによって、スラスト滑り軸受部はその径方向及び厚さ方向の強度が補強されているので、径方向及び厚さ方向の荷重に起因するスラスト滑り軸受部の塑性変形等の不具合を極力抑えることができる。補強リングとしては、金属製又は繊維強化合成樹脂製のリングが使用されて好適である。
【0020】
シム部材は、好ましくは、本発明の第八の態様のピン結合部構造のように、スラスト滑り軸受部に設けられていると共にグリースが充填される溝を更に具備している。
【0021】
斯かる溝にグリースが充填されていると、スラスト滑り軸受部に適宜グリースを供給でき、ボス部材とブラケットとの間の相対的な回動をさらに円滑にできる上に、スラスト滑り軸受部への塵埃、泥水等の異物の侵入をさらに確実に防止できる。
【0022】
本発明における第一のケースを構成する合成樹脂は、耐摩耗性、耐衝撃性、耐クリープ性等の摺動特性及び機械的特性に優れていることが好ましく、例えば、合成樹脂として、ポリアセタール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリブチレンフタレート樹脂等の熱可塑性ポリエステル樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂等が好適に使用される。また、第二のケースを構成する金属としては、SUS304等のステンレス鋼が好適に使用される。
【0023】
また、本発明における内側及び外側シール体を構成する弾性シール部材の材料としては、天然ゴム、合成ゴム等のゴム弾性体あるいはポリエステル系、ポリウレタン系の熱可塑性エラストマーが好ましく使用される。弾性シール部材の形状としては、その横断面形状が円形、U字形、X字形、Y字形、くの字形のいずれであってもよい。
【0024】
以下、本発明を、図に示す好ましい実施の形態の例に基づいて詳細に説明するが、本発明はこの例に何ら限定されるものではない。
【0025】
【発明の実施の形態】
ここでは、本発明によるピン結合部構造を油圧ショベルのピン結合部構造に適用した場合を例に挙げて説明する。
【0026】
図1において、1は油圧ショベルの下部走行体、2は下部走行体1上に旋回可能に搭載された上部旋回体を示し、該上部旋回体2の旋回フレーム3上には、運転室4、機械室等が設けられている。
【0027】
5は上部旋回体2の前部に俯仰動(回動)可能に取付けられた作業装置で、該作業装置5は、上部旋回体2の旋回フレーム3にピン結合されたブーム6と、該ブーム6の先端側にピン結合されたアーム7と、該アーム7の先端側にピン結合されたバケット8等とから構成されている。そして、ブーム6、アーム7及びバケット8は、それぞれブームシリンダ9、アームシリンダ10及びバケットシリンダ11によって回動される。
【0028】
ここで、例えばアーム7とバケット8とは図2に示すごとく、ピン結合部構造12を介して回動可能に連結されている。
【0029】
ピン結合部構造12は、アーム7の先端側に設けられた筒状のボス部材としてのアームボス13と、アームボス13の軸方向両端側に配設されたバケット8のブラケット14と、ブラケット14に両端側が固定的に支持されていると共に該ブラケット14間においてアームボス13に挿通された連結ピン15と、アームボス13の端面と各ブラケット14の内側端面との間に配されたシム部材16とを具備しており、アームボス13とブラケット14とを互いに回動可能に連結している。
【0030】
アームボス13は、左右のボス部13A、13Aと、これらの各ボス部13Aを連結するボスパイプ13Bとを具備し、略円筒状をなして一体に形成されている。各ボス部13Aの内周側には、ブッシュ19、19用のブッシュ嵌合孔13C、13Cが軸方向に形成されている。
【0031】
各ボス部13Aの端面には、シム部材16が圧入嵌合される環状凹部13D、13Dがそれぞれ形成されている。ボスパイプ13Bは各ボス部13A間において各ボス部13Aに固着され、連結ピン15との間に環状のグリース収容室17を画成している。ボスパイプ13Bには、グリース収容室17内にグリースを供給するための給脂口が設けられ、この給脂口にはグリースニップル18が螺着されている。
【0032】
アームボス13の各ブッシュ嵌合孔13C内にそれぞれ嵌着されたブッシュ19は、内周側が連結ピン15との摺動面となり、この摺動面は、アームボス13の軸方向両端側で各ボス部13Aと連結ピン15との間に装着されたシール部材20、20によってシールされる。
【0033】
各ブラケット14には、連結ピン15が挿通されるピン挿通孔14Aが形成されており、一方のブラケット14の外側端面側には、ピン抜止め用の取付部14Bが固着されている。
【0034】
連結ピン15において、その軸方向の中間部は各ブッシュ19を介してアームボス13内に回転かつ摺動可能に嵌挿され、その軸方向の両端部は各ブラケット14のピン挿通孔14A内に嵌挿され、その一端側は取付部14Bに挿入された抜止めピン21によって一方のブラケット14に抜止め及び回り止め状態で固定されている。
【0035】
連結ピン15は、アームボス13と各ブラケット14とを回動可能に連結している。これにより、バケット8がアーム7の先端側で回動するときには、各ブラケット14が連結ピン15と共にアームボス13に対して回動する。
【0036】
シム部材16の全体構造を図3に、図3のA部拡大図を図4に示す。シム部材16は、合成樹脂製の第一のケース22と、ケース22に重ね合わされて相対回転可能に組合わされた金属製の第二のケース23と、ケース22及び23の内周側に配された内側シール手段24と、ケース22及び23の外周側に配された外側シール手段25と、内側及び外側シール手段24及び25間であって、ケース22に一体的に形成された合成樹脂製のスラスト滑り手段26と、荷重、せん断応力等に対して該スラスト滑り手段26を補強する補強手段27とを具備している。
【0037】
ケース22は、中央部に連結ピン15が挿通される第一の挿通孔22Aを有する円板状の第一の基体部22Bと、基体部22Bの外周面22Mの軸方向の一方の端部側から径方向外方に伸びた外側環状鍔部22Cと、挿通孔22Aを規定する基体部22Bの内周面22Nの軸方向の他方の端部側から径方向内方に伸び、基体部22Bの内周面22Nと共に挿通孔22Aを規定する内面22Lを有した内側環状鍔部22Dと、基体部22Bの軸方向の一方の端面22Eの内周側に形成された内側環状溝22Fと、基体部22Bの端面22Eの外周側に該内側環状溝22Fと径方向外方に所定間隔へだてて形成された外側環状溝22Gと、該外側環状溝22Gの内周側に連続して基体部22Bに形成された環状凹溝22Pとを備えている。
【0038】
スラスト滑り手段26は、基体部22Bの内側環状溝22F及び環状凹溝22Pで囲まれた該端面22Eに突出して形成されていると共に端面22Hを有したスラスト滑り軸受部22Iを備えている。
【0039】
シム部材16は、スラスト滑り軸受部22Iの端面22Hに放射方向に伸びて設けられていると共にグリースが充填される複数個の溝22Jを更に具備しており、特に図5に詳細に示すように、グリース溜の役割を果たす複数個の溝22Jは、周方向に等間隔に端面22Hに形成されている。
【0040】
ケース23は、中央部に連結ピン15が挿通される第二の挿通孔23Aを有し基体部22Bに対面する円板状の第二の基体部23Bと、基体部23Bの径方向の外周端部からケース22に向かって突出する外側円筒突出部23Cと、該外側円筒突出部23Cの軸方向の端部から径方向内方に伸びる環状鍔部23Dと、基体部23Bの径方向の内周端部からケース22に向かって突出する内側円筒突出部23Eとを備えており、内側円筒突出部23Eは、挿通孔23Aを規定する内面23Jを有している。
【0041】
ケース23は、環状鍔部23Dをケース22の外側環状鍔部22Cに係合させ、内側円筒突出部23Eをケース22の内側環状鍔部22Dに対面させ、基体部23Bの軸方向の一方の端面23Fをスラスト滑り軸受部22Iの端面22Hに当接させて、ケース22と相対回転可能に組合わされている。
【0042】
内側シール手段24は、基体部22Bに形成された内側環状溝22Fに装着されて基体部23Bの軸方向の一方の端面23Fに接触する内側シール体としてのOリング等からなる環状の弾性シール部材24Aを具備している。
【0043】
外側シール手段25は、基体部22Bに形成された外側環状溝22Gに装着されて基体部23Bの軸方向の一方の端面23Fに接触する外側シール体としてのOリング等からなる環状の弾性シール部材25Aを具備している。
【0044】
補強手段27は、基体部22Bに形成された環状凹溝22Pに嵌合、固定された補強リング27Aを備えている。
【0045】
以上のシム部材16は、連結ピン15を挿通孔22A及び23Aに挿通させ、図2に示すように、ケース23の外側円筒突出部23Cの外周面をアームボス13の端面に形成された環状凹部13Dの内周面に圧入嵌合させると共に基体部23Bの軸方向の他方の端面23Gを環状凹部13Dの底面13Eにぴったりと当接させ、ケース22の基体部22Bの軸方向の他方の端面22Kをブラケット14の内側端面14Cにぴったりと当接させて、アームボス13の両端面と各ブラケット14との間に配される。
【0046】
バケットシリンダ11が操作されアームボス13に対してブラケット14が回動されると、ケース23に対してケース22が相対的に回転され、ケース23に対してのケース22の相対的な回転は、スラスト滑り軸受部22Iの端面22Hと該スラスト滑り軸受部22Iの端面22Hと対面するケース23の基体部23Bの端面23Fとの間の滑りによって円滑になされ、その結果、アームボス13に対するブラケット14の回動はスムーズに行われる。また、スラスト滑り軸受部22Iの端面22Hと該スラスト滑り軸受部22Iの端面22Hと対面するケース23の基体部23Bの端面23Fとの間の摺動面への外周側からの塵埃、泥水等の異物の侵入は、外側シール手段25により防止され、連結ピン15の外周面とブラケット14のピン挿通孔14Aを規定する内周面との間の隙間を介する内周側からからの摺動面への塵埃、泥水等の異物の侵入は、内側シール手段24により防止される。さらに、スラスト滑り軸受部22Iは、補強リング27Aによって荷重、せん断応力等に対してその強度が補強されているので、径方向及び厚さ方向の荷重に起因するスラスト滑り軸受部22Iの塑性変形等の不具合を極力抑えることができる。
【0047】
上記例では、油圧ショベルのアーム7とバケット8とのピン結合部を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、例えばブーム6、アーム7、ブームシリンダ9、アームシリンダ10、バケットシリンダ11等に設けられたピン結合部に適用してもよく、さらには例えば油圧クレーン、ホイールローダ等の他の建設機械、農業用機械、産業用機械等に設けられたピン結合部に適用してもよい。
【0048】
【発明の効果】
本発明によれば、摺動面への塵埃、泥水等の異物の侵入を防止でき、ボス部材とブラケットとの間の円滑な回動を長期間にわたって維持できるピン結合部構造を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例によるピン結合部構造が適用される油圧ショベルを示す全体図である。
【図2】本発明のピン結合部構造の好ましい実施の形態の一例の断面図である。
【図3】シム部材の好ましい実施の形態の一例の断面図である。
【図4】図3のA部拡大断面図である。
【図5】スラスト滑り軸受部の平面図である。
【符号の説明】
12 ピン結合部構造
13 アームボス
14 ブラケット
15 連結ピン
16 シム部材
22、23 ケース
24 内側シール手段
25 外側シール手段
26 スラスト滑り手段
27 補強手段

Claims (10)

  1. 筒状のボス部材と、該ボス部材に挿通される連結ピンと、該ボス部材の軸方向の両端面側に配設され、連結ピンの両側を支持するブラケットと、ボス部材の端面とブラケットの内側端面との間に配されたシム部材とを具備しており、ボス部材とブラケットとを互いに回動可能に連結するピン結合部構造であって、該シム部材は、合成樹脂製の第一のケースと、第一のケースに相対回転可能に組合わされた金属製の第二のケースと、第一及び第二のケースの内周側に配された内側シール手段と、第一及び第二のケースの外周側に配された外側シール手段と、内側及び外側シール手段間であって、第一のケースに一体的に形成された合成樹脂製のスラスト滑り手段と、少なくとも荷重に対して該スラスト滑り手段を補強する補強手段とを具備しているピン結合部構造。
  2. 第一のケースは、中央部に連結ピンが挿通される第一の挿通孔を有する円板状の第一の基体部と、第一の基体部の外周面の軸方向の一方の端部側から径方向外方に伸びた外側環状鍔部と、第一の挿通孔を規定する第一の基体部の内周面の軸方向の他方の端部側から径方向内方に伸び、第一の基体部の内周面と共に第一の挿通孔を規定する内面を有した内側環状鍔部と、第一の基体部の軸方向の一方の端面の内周側に形成された内側環状溝と、第一の基体部の軸方向の一方の端面の外周側に該内側環状溝と径方向外方に所定間隔へだてて形成された外側環状溝と、該外側環状溝の内周側に連続して第一の基体部に形成された環状凹溝とを備えており、第二のケースは、中央部に連結ピンが挿通される第二の挿通孔を有し第一の基体部に対面する円板状の第二の基体部と、第二の基体部の外周端部から第一のケースに向かって突出する外側円筒突出部と、該外側円筒突出部の端部から径方向内方に伸びる環状鍔部と、第二の基体部の内周端部から第一のケースに向かって突出する内側円筒突出部とを備えており、スラスト滑り手段は、第一の基体部の内側環状溝及び環状凹溝で囲まれた軸方向の一方の端面に突出して形成されたスラスト滑り軸受部を備えており、補強手段は、スラスト滑り軸受部を拘束して少なくとも荷重に対して補強するように環状凹溝に装着されており、第二のケースは、環状鍔部を第一のケースの外側環状鍔部に係合させ、内側円筒突出部を第一のケースの内側環状鍔部に対面させ、第二の基体部の軸方向の一方の端面をスラスト滑り軸受部に当接させて、第一のケースと相対回転可能に組合わされている請求項1に記載のピン結合部構造。
  3. 内側シール手段は、第一の基体部に形成された内側環状溝に装着されて第二の基体部の軸方向の一方の端面に接触する内側シール体を具備している請求項2に記載のピン結合部構造。
  4. 内側シール体は、第一の基体部に形成された内側環状溝に装着されて第二の基体部の軸方向の一方の端面に接触する弾性シール部材を具備している請求項3に記載のピン結合部構造。
  5. 外側シール手段は、第一の基体部に形成された外側環状溝に装着されて第二の基体部の軸方向の一方の端面に接触する外側シール体を具備している請求項2から4のいずれか一項に記載のピン結合部構造。
  6. 外側シール体は、第一の基体部に形成された外側環状溝に装着されて第二の基体部の軸方向の一方の端面に接触する弾性シール部材を具備している請求項5に記載のピン結合部構造。
  7. 補強手段は、第一の基体部に形成された環状凹溝に嵌合された補強リングを備えている請求項2から6のいずれか一項に記載のピン結合部構造。
  8. シム部材は、スラスト滑り軸受部に設けられていると共にグリースが充填される溝を更に具備している請求項2から7のいずれか一項に記載のピン結合部構造。
  9. 請求項1から8のいずれか一項に記載のピン結合部構造を具備した油圧ショベル等の建設機械。
  10. 請求項1から8のいずれか一項に記載のピン結合部構造に用いるためのシム部材。
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