JP5087033B2

JP5087033B2 - 多段伸縮シリンダの座屈防止機構

Info

Publication number: JP5087033B2
Application number: JP2009048221A
Authority: JP
Inventors: 浩樹中山; 功元山
Original assignee: Kobe Steel Ltd; Kobelco Cranes Co Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd; Kobelco Cranes Co Ltd
Priority date: 2009-03-02
Filing date: 2009-03-02
Publication date: 2012-11-28
Anticipated expiration: 2029-03-02
Also published as: JP2010202317A

Description

本発明は、クレーン等の入れ子式伸縮ブームに用いられる多段伸縮シリンダの座屈防止機構に関するものである。

作業車両もしくはクレーン等の多段に伸縮可能な入れ子式伸縮ブームの伸縮方法には、従来より様々な方法が採用されている。その中で、シリンダチューブ内にロッドを格納し、油圧によりロッドを伸張する伸縮シリンダを用いたものが一般的である。この方法を用いた伸縮シリンダでは、伸縮する内外一対のブームの一方にロッド先端を固定し、他方にチューブ先端を固定する構造、あるいは、伸縮シリンダが夫々1本のチューブとロッドだけでなく多段に繰り出される多段伸縮構造についても知られている。

そこで先ず、従来例に係る最も単純な入れ子式伸縮箱型ブームの２段伸縮シリンダについて、添付図５を参照しながら説明する。図５は、従来例に係る最も単純な入れ子式伸縮箱型ブームの伸縮機構を説明するための模式的説明図であり、同図（ａ）はシリンダ収縮時、同図（ｂ）はシリンダ伸長時を示す。

この入れ子式伸縮箱型ブームでは、根元側の基本ブーム２０の基端部に伸縮シリンダ２２のロッド２３先端の連結ピン２３ａが固定されると共に、先端側ブーム２１の基端部にシリンダチューブ２４のロッド側先端の連結ピン２４ａが固定されている。この様な伸縮箱型ブームにおいて、先端ブーム２１の先端で図示しないワイヤを介して重量物を吊り上げると、ブームの対地起伏角度に応じてブーム軸線方向に作用する吊り荷重量成分は、先端ブーム２１と伸縮シリンダ２２のロッド２３に作用する。

この軸線方向圧縮力により、ロッド２３は座屈を起こす可能性がある。特に近年、伸縮ブームはより長く、より重量物を吊れる様に性能向上が図られているため、ロッド２３の座屈は重要な強度要件である。図５に示した伸縮方式ではロッド２３にのみ圧縮力が作用するが、伸縮シリンダ２２とブーム２０，２１の連結方式が変われば、シリンダチューブ２４にも圧縮力が作用する。

この様な伸縮シリンダ２２の従来例に係る座屈防止技術は、種々な方法が開示されている。例えば、伸縮シリンダからブーム内面へ支えを出す方法や、初期状態でブームに予めたわみを与える方法（特許文献１参照）、上下２段に配設された伸縮シリンダの一方に他方の伸縮シリンダのたわみを規制する装置を付与することで座屈を防止する方法（特許文献２参照）、或いはブームとの連結ピンに突出部を設けて連結ピンの回転防止をすることで座屈を防止する方法（特許文献３参照）等が提案されている。

上記の通り、伸縮シリンダの座屈を防止する基本技術は大きく分けて２種類存在すると考えられる。一つは伸縮シリンダのロッド端部の回動を抑制する方法、他のひとつは、シリンダ軸線方向中央に同じくブームに向かって、もしくは隣接する伸縮シリンダに向かって支えを出し、ブーム中央部でのたわみを抑制する方法である。尚、初期状態でブームに予めたわみを与える方法は実用的ではないので省略した。

この２つの基本技術のうち、後者による方法は伸縮するロッドに支えを当てることになり、液圧シール面に損傷が及ぶ可能性があること、装置として複雑でコストがかかる上、ブームを組み上げた段階で目視できなくなるため効果が確認できない等の諸問題があり、なかなか実用できないのが現状である。

一方、前者による方法は、次に述べる根拠による。
一般に、座屈荷重Ｐｃｒは次式で表される。
Ｐｃｒ＝（ｎ・π^２・Ｅ・Ｉ）／Ｌ^２（１）
ここで、
ｎ：端末係数
Ｉ：断面二次モーメント
Ｅ：縦弾性係数
Ｌ：支点間長さ

上式（１）において、支持点が両端ともピン支持の場合端末係数ｎ＝１となり、片端固定で片端ピン支持の場合ｎ＝２となる。従って、ピストンロッドの回動を止める構成として、片端固定で片端ピン支持とすれば、端末係数ｎが両端ピン支持の場合と比べて大きくなり、座屈荷重Ｐｃｒを大きくすることができるためである。この様な方法は比較的コンパクトに装置を構成することができ、ブームを収縮した際に後方から装置にアクセスできるため、負荷の計測をすることで効果を確認することが出来る等のメリットがあり、実用化されている。

この様な従来例に係る伸縮シリンダの座屈防止構造について、以下添付図６を参照しながら説明する。図６は従来例に係る伸縮装置の一実施例を示す断面図であり、同図（ａ）は垂直断面図、同図（ｂ）はその水平断面図を示す。この従来例に係る伸縮装置によれば、油圧シリンダ３３のピストンロッド３５の先端部両側にボス３７が形成される一方、外箱３１のこれらのボス３７に向かい合う位置にピン３２が固着されている。

そして、前記ピン３２は、その軸線３２ａをピストンロッド軸線３５ａから、荷重によってたわむ側へ距離ｂだけずらせて配設されると共に、前記ピストンロッド３５先端部に形成されたボス３７の一方には係合具３８が取り付けられ、その動きが固定具３９によって拘束される回動固定装置３６が提示されている（特許文献４参照）。しかしながら、この様なオフセット構造を採用せずとも、前記油圧シリンダ３３のピストンロッド３５先端側に配置した回動固定装置３６のみで座屈荷重向上の期待はできるのであり、現在この方法が実用化されている。

ところが、上記従来例に係る回動固定装置３６は、ピストンロッド３５先端側のボス３７に、ピストンロッド軸線３５ａ方向に伸びる係合具３８を取り付け、それを外箱３１に固定された固定具３９によって挟着するものであり、例えば、当該回動固定装置３６を取り付けたいブームの更に基端（後端）側にブームが存在する場合は、その基端側ブームのスペースを大きく侵害し、結果として、強度を負担する構造物に不利益を与えることになる。

上記の如く、回動固定装置３６を取り付けたいブームの更に基端側にブームが存在する伸縮機構は、例えば図７，８に示す様な構成の場合である。即ち、図７は多段伸縮式のシリンダ４３を用いた場合で、この場合シリンダチューブ４６の内部には中間ロッド４５が収められており、更に、中間ロッド４５の中には先端ロッド４４が格納されている。この方式では、シリンダチューブ４６内の中間ロッド４５の伸張と、中間ロッド４５内の先端ロッド４４の伸張の２段階の伸長によって、第２ブーム４１と第３ブーム４２の伸縮を行うことが出来る。

この場合、一見中間ロッド４５には吊荷による軸力は発生しないように考えられるが、何らかの要因によりシリンダチューブ４６と中間ロッド４５間に摩擦力やこじれなどが発生した場合、やはり中間ロッド４５は座屈しようとする。従って、先端ロッド４４先端の連結ピン４４ａと中間ロッド４５先端の連結ピン４５ａにおいて座屈防止機構が必要となるが、シリンダチューブ４６のロッド側の先端の連結ピン４６ａにおいては不要である。

しかしながら、伸縮ブームの基端側には更に第１ブーム（基本ブーム）４０が存在しており、前記従来例に係る回動固定装置３６を前記連結ピン４４ａ，４５ａに適用するには、ブーム内に無駄なスペースを取らざるを得ず、強度上の不利益を被る構造を取ることになってしまう。

また、図８では、３本のブーム４０，４１及び４２を、上下２段に配置した２本の伸縮シリンダ４３−１，４３−２によって伸縮する方式を示した。この方式では、ブーム根元側に配置した伸縮シリンダ４３−２は、図中の基本ブーム４０から中間ブーム４１を伸縮するために用いられる一方、ブーム先端側に配置した伸縮シリンダ４３−１は、中間ブーム４１から先端ブーム４２を伸縮するために用いられている。そして、座屈防止機構としては、伸縮シリンダ４３−２における先端ロッド４４−２先端の連結ピン４４−２ａはもとより、伸縮シリンダ４３−１における中間ロッド４４−１先端の連結ピン４４−１ａにも必要とされる。

しかしながら、前記連結ピン４４−１ａに従来例に係る回動固定装置３６を設けた場合、上記同様、伸縮ブームの基端側には更に第１ブーム４０が存在しており、前記従来例に係る回動固定装置３６では、ブーム内に無駄なスペースを取らざるを得ず、強度上の不利益を被る構造を取ることになってしまう。ここで、符号４５−１は伸縮シリンダ４３−１のシリンダチューブ、符号４５−１ａはこのシリンダチューブ４５−１のロッド側先端の連結ピン、同じく符号４５−２は伸縮シリンダ４３−２のシリンダチューブ、符号４５−２ａはこのシリンダチューブ４５−２のロッド側先端の連結ピンを示す。

特開昭５８−１７２１９２号公報特開平３−１５８３９２号公報実開平５−２６９９０号公報実開平１−３９３９０号公報

従って、本発明の目的は、入れ子式伸縮ブームの吊り荷に対する強度的な観点から無駄なスペースを生じることなく、軽量かつ製造容易で、連結ピンを確実に回動抑止可能な多段伸縮シリンダの座屈防止機構を提供することにある。

即ち、上記目的を達成するための、本発明に係る多段伸縮シリンダの座屈防止機構における第１の特徴は、入れ子式伸縮ブームを伸縮する多段伸縮シリンダの座屈防止機構であって、前記多段伸縮シリンダの中間ロッドの端部を中間ブームに連結すると共に、その軸線が前記多段伸縮シリンダの軸線に直交する連結ピンに、この連結ピンの軸線に直交する方向でかつ多段伸縮シリンダの軸線に直交する方向に張出した張出し部材が接合されると共に、前記中間ブーム側に当該張出し部材の回動を規制するストッパが設けられてなることである。

また、本発明に係る多段伸縮シリンダの座屈防止機構における第２の特徴は、前記張出し部材が、前記連結ピンのピン円周上に接合固定され、この連結ピンの軸線に直交すると共に、前記多段伸縮シリンダの軸線を跨いで両側に張出した張出し部を有する少なくとも１枚の板で構成されてなることである。

また、本発明に係る多段伸縮シリンダの座屈防止機構における第３の特徴は、前記ストッパが、前記連結ピンの正転、逆転の両方向の回動を規制する様、前記夫々の張出し部に対向して配設されてなることである。

また、本発明に係る多段伸縮シリンダの座屈防止機構における第４の特徴は、前記張出し部材のストッパとの当り面と前記ストッパの受け面とが略平行な対向面で構成されると共に、前記張出し部材が、前記両当り面を結ぶ直線の中央を通過する垂線に対し略対称形状に形成されてなることである。

また、本発明に係る多段伸縮シリンダの座屈防止機構における第５の特徴は、前記ストッパが、前記中間ブーム側に固定されたブラケットの雌ネジに螺合された調整ボルトと、これら調整ボルトに螺合されたロックナットとからなり、前記調整ボルトを昇降させてこれら調整ボルトの先端を受け面とし、前記張出し部材の張出し部下端を当り面として押し当てて、前記連結ピンの正転、逆転の両方向の回動を規制してなることである。

また、本発明に係る多段伸縮シリンダの座屈防止機構における第６の特徴は、前記連結ピンに接合された張出し部材と、前記中間ブーム側に設けられたストッパ及びブラケットとを、多段伸縮シリンダ軸線に平行な光線により多段伸縮シリンダ軸線に直交する共通平面上に夫々投影面を形成したとき、少なくとも前記両者の投影面が重なる部分の張出し部材は、前記ストッパ及びブラケットより先端ブーム側に配設されてなることである。

また、本発明に係る多段伸縮シリンダの座屈防止機構における第７の特徴は、前記多段伸縮シリンダが、シリンダチューブから中間ロッドを伸縮させると共に、この中間ロッドから先端ロッドを伸縮させる２段伸縮シリンダであることである。

本発明に係る多段伸縮シリンダの座屈防止機構における第１の特徴によれば、前記ストッパが、張出し部材を介して少なくとも中間ロッドの連結ピンの回動を正転・反転とも抑止して、前記ブームの強度上・重量上の不利益を与えることなく、座屈荷重を向上させることができる。

また、本発明に係る多段伸縮シリンダの座屈防止機構における第２の特徴によれば、前記張出し部材のブーム基端側への張り出しが殆どなくなり、固定する側のブーム後端から突出せずに省スペースで配置することが出来る。

更に、本発明に係る多段伸縮シリンダの座屈防止機構における第３の特徴によれば、前記ストッパが、張出し部材を介して前記連結ピンの回動を正転・反転とも確実に抑止できる。

また更に、本発明に係る多段伸縮シリンダの座屈防止機構における第４の特徴によれば、前記ストッパが、張出し部材を介して前記連結ピンの回動を正転・反転ともにバランス良く抑止できる。

本発明に係る多段伸縮シリンダの座屈防止機構における第５の特徴によれば、前記ストッパの張出し部を初期状態で確実に固定することができる。

また、本発明に係る多段伸縮シリンダの座屈防止機構における第６の特徴によれば、ブーム組立伸縮時において前記張出し部材とストッパ及びブラケットとの干渉が回避される。

本発明の実施の形態に係る入れ子式伸縮箱型ブームにおける多段伸縮ブーム全体を示す模式的側断面図である。図１のＡ部を拡大して示す部分拡大図である。図１の多段式伸縮ブームの伸縮シリンダ部のみを収縮した状態で示す外形図である。図３の矢視Ｂ−Ｂ示す矢視図である。従来例に係る最も単純な入れ子式伸縮箱型ブームの伸縮機構を説明するための模式的説明図であり、同図（ａ）はシリンダ収縮時、同図（ｂ）はシリンダ伸長時を示す。従来例に係る伸縮装置の一実施例を示す断面図であり、同図（ａ）は垂直断面図、同図（ｂ）はその水平断面図を示す。従来例に係り、多段伸縮式シリンダを用いた入れ子式伸縮箱型ブームの伸縮機構を説明するための模式的説明図であり、同図（ａ）はシリンダ収縮時、同図（ｂ）はシリンダ伸長時を示す。従来例に係り、上下２段に配置した２本の伸縮シリンダを用いた入れ子式伸縮箱型ブームの伸縮機構を説明するための模式的説明図であり、同図（ａ）はシリンダ収縮時、同図（ｂ）はシリンダ伸長時を示す。

次に、本発明の実施の形態に係る入れ子式伸縮箱型ブームにおける多段伸縮シリンダの座屈防止機構を、添付図１〜４を参照しながら説明する。図１は本発明の実施の形態に係る入れ子式伸縮箱型ブームにおける多段伸縮ブーム全体を示す模式的側断面図、図２は図１のＡ部を拡大して示す部分拡大図、図３は図１の多段伸縮ブームの伸縮シリンダ部のみを収縮した状態で示す外形図、図４は図３の矢視Ｂ−Ｂ示す矢視図である。

先ず、本発明の実施の形態に係る入れ子式伸縮箱型ブームの構成を、図１を参照しながら、多段伸縮シリンダ（以下、単に伸縮シリンダとも言う）とロープ式伸縮機構を用いた４段伸縮ブームを例として説明する。この４段伸縮ブームは第１ブーム１〜第４ブーム４の各々からなり、前記第１ブーム１が基本ブームを、前記第４ブーム４が先端ブームを構成すると共に、前記第２及び第３ブーム２，３が中間ブームを構成している。そして、これら４段の伸縮ブームのうち、第１ブーム１〜第３ブーム３が１本の多段伸縮シリンダ５により伸縮され、第４ブーム４は第３ブーム３に対して図示しないロープ式伸縮機構により伸縮される様に構成されている。

即ち、前記多段伸縮シリンダ５の先端ロッド６の端部、中間ロッド７の端部及びシリンダチューブ８のロッド側の端部には、夫々連結ピン６ａ，７ａ，８ａが取り付けられる一方、前記第１ブーム１〜第３ブーム３の夫々の基端部には、前記連結ピン６ａ，７ａ，８ａを支承する図示しないボスが取り付けられている。従って、前記第１ブーム１〜第３ブーム３が、多段伸縮シリンダ５により伸縮されるのである。

この様な入れ子式伸縮箱型ブームの多段伸縮シリンダ５において、本発明の実施の形態に係る座屈防止機構につき、以下添付図１〜４を参照しながら説明する。前記座屈防止機構は、中間ロッド７に対する座屈防止機構１０として設けられている。即ち、この座屈防止機構１０は、多段伸縮シリンダ５の軸線Ｃ１に直交する方向に取り付けられた中間ロッド７の連結ピン７ａに、この連結ピン７ａの軸線Ｃ２に直交する方向に張出した張出し部材１１が接合されると共に、前記第２ブーム２の内壁に当該張出し部材１１の回動を規制するストッパ１２が設けられて構成される。

前記張出し部材１１は、中間ロッド７の連結ピン７ａのピン円周上に接合固定され、この連結ピン７ａの軸線Ｃ２に直交すると共に、多段伸縮シリンダ５の軸線Ｃ１を跨いで両側に張出した張出し部１１ａを有する少なくとも１枚の板で構成されている。また、前記ストッパ１２は、連結ピン７ａの正転、逆転の両方向の回動を規制可能な様、前記夫々の張出し部１１ａに対向して配設されるのが好ましい。

前記ストッパ１２は、前記夫々の張出し部１１ａに対向して第２ブーム２の内壁に固定されたブラケット１３に設けられている。即ち、前記ストッパ１２は、このブラケット１３に形成された雌ネジに螺合された調整ボルト１２ａと、これら調整ボルト１２ａに螺合されたロックナット１２ｂとからなる。

そして、前記調整ボルト１２ａを昇降させてこれら調整ボルト１２ａの先端を受け面１２ｃとし、前記張出し部材１１の張出し部１１ａ下端を当り面１１ｂとして押し当てた後、前記ロックナット１２ｂにより緩み止めされて、前記連結ピン７ａの正転、逆転の両方向の回動を抑止する様に構成されている。その結果、多段伸縮シリンダ５における中間ロッド７の連結ピン７ａを固定支持として、前式（１）における座屈荷重Ｐｃｒを増大することが可能となる。

更に、前記張出し部材１１の張出し部１１ａ下端の当り面１１ｂと、前記調整ボルト１２ａ先端の受け面１２ｃとは、略平行な対向面で構成されると共に、前記張出し部材１１が、前記両当り面１１ｂを結ぶ直線の中央を通過する垂線ＶＬに対し、略対称形状に形成されてなるのが好ましい。この様な構成によって、前記ストッパ１２が、張出し部材１１を介して前記連結ピン７ａの回動を正転・反転ともにバランス良く抑止できるためである。

そして今、前記中間ロッド７端部の連結ピン７ａに接合された張出し部材１１と、前記第２ブーム２側に設けられたストッパ１２及びブラケット１３とを、伸縮シリンダ軸線Ｃ１に平行な光線により伸縮シリンダ軸線Ｃ１に直交する共通の仮想平面上に夫々投影面を形成したとき、少なくとも前記両者の投影面が重なる部分の張出し部材１１は、前記ストッパ１２及びブラケット１３より先端ブーム（第３ブーム）３側に配設されてなることが肝要である。この様な配設構成をなすことによって、前記多段伸縮ブームの組立・伸縮時に、前記張出し部材１１の当り面１１ｂ以外の如何なる部位も、前記ストッパ１２及びブラケット１３と干渉することがない。

この様な構成からなる本発明に係る多段伸縮シリンダの座屈防止機構１０は、多段伸縮ブームが４段であって、多段伸縮シリンダ５が、シリンダチューブ８から中間ロッド７を伸縮させると共に、この中間ロッド７から先端ロッド６を伸縮させる２段伸縮シリンダとして説明したが、前記多段伸縮ブームや多段伸縮シリンダ５は何段でも良い。また、全段に本発明に係る多段伸縮シリンダの座屈防止機構を適用しても良い。

一方、前記伸縮シリンダ５の先端ロッド６の端部には、連結ピン６ａが取り付けられると共に、前記基本ブーム（第１ブーム）１の基端部には、図示しないボスが取り付けられ、前記連結ピン６ａを支承している。この連結ピン６ａには伸縮シリンダ５の座屈防止機構１５、即ち、前記連結ピン６ａに取り付けられた係合具１６を、前記基本ブーム１の内壁に固定されたコ字型の固定具１８に螺合するボルト１７ａとロックナット１７ｂによって挟着させても良い。

この様に、先端ロッド６の端部の連結ピン６ａに対しては、これより下方に伸びる伸縮シリンダ５のロッドがないので、従来例に係るこの様な座屈防止機構１５を用いてもブーム１内スペースの無駄とはならないが、勿論、上述した様な本発明に係る伸縮シリンダ５の座屈防止機構１０を用いることもできる。

また、上述した様な本発明の実施の形態に係る伸縮シリンダ５の座屈防止機構１０や従来例に係る座屈防止機構１５は、夫々中間ロッド７の端部の連結ピン７ａや先端ロッド６の端部の連結ピン６ａにおいて、連結ピン軸線Ｃ２方向の片側端部に取り付けた例で説明したが、前記連結ピン７ａ，６ａの軸線Ｃ２方向の両端部に取り付けても良い。

Ｃ１：伸縮シリンダ軸線，Ｃ２：連結ピン軸線，
ＶＬ：張出し部材の両当り面を結ぶ直線の中央を通過する垂線
１：第１ブーム，２：第２ブーム，３：第３ブーム，４：第４ブーム，
５：（多段）伸縮シリンダ，６：先端ロッド，７：中間ロッド，
８：シリンダチューブ，
６ａ，７ａ，８ａ：連結ピン，
１０：座屈防止機構，
１１：張出し部材，１１ａ：張出し部，１１ｂ：当り面，
１２：ストッパ，１２ａ：調整ボルト，１２ｂ：ロックナット，１２ｃ：受け面，
１３：ブラケット，
１５：座屈防止機構，１６：係合具，１７ａ：ボルト，１７ｂ：ロックナット，
１８：固定具

Claims

入れ子式伸縮ブームを伸縮する多段伸縮シリンダの座屈防止機構であって、
前記多段伸縮シリンダの中間ロッドの端部を中間ブームに連結すると共に、その軸線が前記多段伸縮シリンダの軸線に直交する連結ピンに、この連結ピンの軸線に直交する方向でかつ多段伸縮シリンダの軸線に直交する方向に張出した張出し部材が接合されると共に、前記中間ブーム側に当該張出し部材の回動を規制するストッパが設けられてなることを特徴とする多段伸縮シリンダの座屈防止機構。
前記張出し部材が、前記連結ピンのピン円周上に接合固定され、この連結ピンの軸線に直交すると共に、前記多段伸縮シリンダの軸線を跨いで両側に張出した張出し部を有する少なくとも１枚の板で構成されてなることを特徴とする請求項１に記載の多段伸縮シリンダの座屈防止機構。
前記ストッパが、前記連結ピンの正転、逆転の両方向の回動を規制する様、前記夫々の張出し部に対向して配設されてなることを特徴とする請求項２に記載の多段伸縮シリンダの座屈防止機構。
前記張出し部材のストッパとの当り面と前記ストッパの受け面とが略平行な対向面で構成されると共に、前記張出し部材が、前記両当り面を結ぶ直線の中央を通過する垂線に対し略対称形状に形成されてなることを特徴とする請求項２または３に記載の多段伸縮シリンダの座屈防止機構。
前記ストッパが、前記中間ブーム側に固定されたブラケットの雌ネジに螺合された調整ボルトと、これら調整ボルトに螺合されたロックナットとからなり、前記調整ボルトを昇降させてこれら調整ボルトの先端を受け面とし、前記張出し部材の張出し部下端を当り面として押し当てて、前記連結ピンの正転、逆転の両方向の回動を規制してなることを特徴とする請求項３または４に記載の多段伸縮シリンダの座屈防止機構。
前記連結ピンに接合された張出し部材と、前記中間ブーム側に設けられたストッパ及びブラケットとを、多段伸縮シリンダ軸線に平行な光線により多段伸縮シリンダ軸線に直交する共通平面上に夫々投影面を形成したとき、少なくとも前記両者の投影面が重なる部分の張出し部材は、前記ストッパ及びブラケットより先端ブーム側に配設されてなることを特徴とする請求項２乃至５のうちの何れか一つの項に記載の多段伸縮シリンダの座屈防止機構。