JP5395513B2 - 連結部品 - Google Patents

Description

本発明は、油圧ショベルの連結部品に関する。

建設機械である油圧ショベルは、走行装置、本体（旋回体）、及びアタッチメント（作業装置）を有する。このアタッチメントは、ブーム、ブームの先端に取り付けられるアーム、及び、アームの先端に取り付けられるバケットから構成される。そして、ブームの先端には、ブームとアームとを連結するためのブームトップ（連結部品）が設けられている。ブームトップは、二つのブラケットと、この間に挟まれた中間支持材とを備える。

従来のブームトップにおいては、主に、溶接構造（複数の部品が溶接により結合した構造）が採用されていたが、近年は、ブームトップを鋳造することが多い。ブームトップを鋳造品とすることにより、溶接作業がなくなるので生産作業効率の向上が可能となり、また、ブームトップの形状を複雑にすることもできる（すなわち、局所的な応力集中、及び、軽量化、の両方を考慮して、ブームトップの各部位の厚さを設定できる）。特許文献１には、従来の鋳造製のアーム取り付け部材（ブームトップ）が開示されている。

特開２００４−１０８０５５号公報

以下、図１５を用いて、従来の連結部品（ブームトップ）について説明する。図１５は、従来のブームトップの一例を示す斜視断面図である。図１５の断面位置は、図３のＡ−Ａ’位置に相当する。このブームトップ９０１は、二枚のブラケット（図１５には一方のブラケット９１１のみ図示）、及び、中間支持材（カバー板９２２及び底板９２１）を有する。ブラケット９１１には、軸穴９１１ｈが形成されており、ここにアームピンが挿入される。

図１５に示すように、従来のブームトップにおいては、二枚のブラケットの間に挟まれた部材（カバー板９２２）によって、ブーム内部への液体等の流入が防止される。

また、軽量化のため、ブームトップの中間支持材（カバー板９２２及び底板９２１）は、中空となっている（図１５の内部空間２ｓ参照）。そのため、ブームトップを鋳造品とする場合には、外側鋳型に加え、内側鋳型が必要となる。そして、ブームトップには、内側鋳型を取り出すための穴（取り出し穴）が必要となる。通常、この取り出し穴は、底板に形成される（図１５；底板９２１の取り出し穴９２１ｈ参照）。

油圧ショベルの動作中に、バケットに偏荷重が加わると、ブーム及びブームトップには、ねじり荷重が作用する。また、底板に鋳型の取り出し穴が形成されていると、この穴の周囲（縁部）の強度が弱くなる（「縁部」：図１５の破線円で囲われたＺ部分参照）。そして、ブームトップにねじり荷重が作用し、且つ、この縁部に応力が集中すると、底板が破損するおそれがある。そこで、従来のブームトップにおいては、底板を補強する目的で、取り出し穴を塞ぐように、縁部に板（蓋部品）が溶接されている（「蓋部品」：図１５の蓋９７０参照）。

しかし、この場合には、蓋部品の溶接作業が必要となり、その分だけ、ブームトップの製造時間及び製造コストが増大してしまう（問題１）。

また、蓋部品を取り付けると、その分だけブームトップが重くなってしまう（問題２）。そして、ブームトップが重くなると、カウンターウェイトについても、重量を増大させる必要が生じる。そのため、ブームトップについては、軽量であることが望ましい。

（課題）
本発明が解決しようとする課題は、溶接作業が不要でありながら、軽量で且つ強度が高い、鋳造品の連結部品を提供することである。

（１）上記の課題を解決するために、本発明に係る連結部品は、ブームとアームとを連結する鋳造品であって、アームピンが通される軸穴がそれぞれに形成され、平行に配置された二枚の支持板と、前記二枚の支持板から連続して形成され、前記二枚の支持板の間に配置された中間支持材と、を備える。
また、前記中間支持材の内部には空間が形成されており、前記中間支持材は、（i）鋳型を取り出すための取り出し穴が形成され、前記ブームに面する位置に配置された底板と、（ii）当該底板から連続して形成され、前記取り出し穴を覆うように、前記アームに面する位置に配置されたカバー板と、を有し、前記底板の、前記取り出し穴に面する縁部の、全周のうち少なくとも一部には、前記鋳型の取り出し方向に沿って突出する突出部が形成されている。

この構成では、連結部品が鋳造により製造されるために、局所的な応力集中、及び、連結部品全体の軽量化、の両方を考慮して、連結部品の各部位の厚さを設定できる。
また、蓋部品がないので、蓋部品がある場合に比べて、連結部品を軽量化できる。また、蓋部品の溶接作業が不要となるため、蓋部品を溶接する場合に比べて、連結部品の製造時間及び製造コストを低減できる。
さらに、縁部には、突出部が形成されているため、縁部が補強される。そのため、ねじり荷重が連結部品に作用し、且つ、縁部に応力が集中した場合であっても、底板の破損が抑制される。
以上のように、本構成により、溶接作業が不要でありながら、軽量で且つ強度が高い連結部品が得られる。

なお、連結部品とブームとの連結形態に関しては、連結部品がブームの内部に挿入されてもよいし、ブームが連結部品の内部に挿入されてもよい。そして、連結部品には、ブームの内部に挿入されるフィンが設けられていてもよい。

二枚の支持板が「平行」に配置されることについては、二枚の支持板の成す角度が、−５度以上、且つ、５度以内であればよい。

突出部が突出する方向については、底板から、中間支持材の内部空間へ向かう方向であってもよいし、底板から、ブーム側へ向かう方向であってもよい。また、突出部は、これらの両方向に突出していてもよい。

縁部の突出部は、縁部の全周にわたって形成されていてもよいし、縁部のうち一部に形成されていてもよい。

（２）本発明に係る上記（１）の連結部品においては、前記突出部が、前記縁部の全周にわたって形成されていてもよい。

この構成では、縁部のどこに応力が作用するかを予測できない場合であっても、底板を確実に補強できる。

（３）本発明に係る上記（１）の連結部品においては、前記突出部が、前記縁部の、前記アームピンの軸方向に対して傾いた線上の位置に形成されていてもよい。

この構成では、アームピンの回転（アームピンの軸方向が回転する方向に関する回転）に起因して、アームピンの軸方向に対して傾いた方向に沿って、底板に応力が集中することが分かっている場合に、局所的な応力集中、及び、連結部品全体の軽量化、の両方を考慮して、連結部品の各部位の厚さを最適化できる。

なお、突出部は、「アームピンの軸方向に対して傾いた線上」に位置するが、突出部の形状については、「アームピンの軸方向に対して傾いた線」に沿って線状に形成されていてもよいし、線状ではなく、取り出し穴の円周方向に広がりのある形状を有していてもよい。

「アームピンの軸方向に対して傾いた線」に関しては、この線と軸方向とが成す角度が、３０度以上、且つ、６０度以下（又は、−６０度以上、且つ、―３０度以下）の範囲内にあればよい。

（４）上記の課題を解決するために、本発明に係る連結部品は、ブームとアームとを連結する鋳造品であって、アームピンが通される軸穴がそれぞれに形成され、平行に配置された二枚の支持板と、前記二枚の支持板から連続して形成され、前記二枚の支持板の間に配置された中間支持材と、を備える。
また、前記中間支持材の内部には空間が形成されており、前記中間支持材は、（i）鋳型を取り出すための取り出し穴が形成され、前記ブームに面する位置に配置された底板と、（ii）当該底板から連続して形成され、前記取り出し穴を覆うように、前記アームに面する位置に配置されたカバー板と、を有し、前記底板の、前記取り出し穴に面する縁部の、全周のうち少なくとも一部における厚さは、前記カバー板の最小厚さよりも大きい。

この構成では、連結部品が鋳造により製造されるために、局所的な応力集中、及び、連結部品全体の軽量化、の両方を考慮して、連結部品の各部位の厚さを設定できる。
また、蓋部品がないので、蓋部品がある場合に比べて、連結部品を軽量化できる。また、蓋部品の溶接作業が不要となるため、蓋部品を溶接する場合に比べて、連結部品の製造時間及び製造コストを低減できる。
さらに、底板の縁部は、増厚補強されている。そのため、ねじり荷重が連結部品に作用し、且つ、縁部に応力が集中した場合であっても、底板の破損が抑制される。
以上のように、本構成により、溶接作業が不要でありながら、軽量で且つ強度が高い連結部品が得られる。

なお、「縁部」の厚さについては、基部に対する底板の高さが、先端から１／３となる位置での底板の厚さとする。

増厚補強された部分は、縁部の全周にわたって形成されていてもよいし、縁部のうち一部に形成されていてもよい。

「連結部品とブームとの連結形態」、及び「平行」については、上記と同様であるため、説明を省略する。

（５）本発明に係る上記（４）の連結部品においては、前記底板の、前記取り出し穴に面する縁部の厚さは、全周にわたって、前記カバー板の最小厚さよりも大きくてもよい。

この構成では、縁部のどこに応力が作用するかを予測できない場合であっても、底板を確実に補強できる。

（６）本発明に係る上記（４）の連結部品においては、前記底板の、前記取り出し穴に面する縁部の、前記アームピンの軸方向に対して傾いた線上の位置における厚さは、前記カバー板の最小厚さよりも大きくてもよい。

この構成では、アームピンの回転（アームピンの軸方向が回転する方向に関する回転）に起因して、アームピンの軸方向に対して傾いた方向に沿って、底板に応力が集中することが分かっている場合に、局所的な応力集中、及び、連結部品全体の軽量化、の両方を考慮して、連結部品の各部位の厚さを最適化できる。

なお、縁部の補強部分は、「アームピンの軸方向に対して傾いた線上」に位置するが、補強部分の形状については、「アームピンの軸方向に対して傾いた線」に沿って線状に形成されていてもよいし、線状ではなく、取り出し穴の円周方向に広がりのある形状を有していてもよい。

「アームピンの軸方向に対して傾いた線」に関しては、上記と同様であるため、説明を省略する。

第１実施形態に係る油圧ショベルの全体側面図である。 ブーム及びブームトップの側面図である。 ブームトップの斜視図である。 ブームトップの底面図である。 図３のＡ−Ａ’斜視断面図である。 図３のＡ−Ａ’断面図である。 第２実施形態に係るブームトップの斜視断面図である。 図７のブームトップのねじり試験結果を示す正面斜視図である。 第１実施形態、第２実施形態、及び、第１乃至第５変形例に係る縁部の形状、並びに、従来の縁部の形状を示す断面概略図である。 第３実施形態に係るブームトップの底面図である。 第４実施形態に係るブームトップの底面図である。 第５、第６実施形態に係るブームトップの断面図である。 第７、第８実施形態に係るブームトップの断面図である。 従来のブームトップ（蓋なし）のねじり試験結果を示す斜視図である。 従来のブームトップ（蓋あり）の斜視断面図である。 図１５のブームトップのねじり試験結果を示す斜視図である。

以下、本発明の第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の説明における「上下左右」は、図中における上下左右であるとする。また、図４は、図３の矢印Ｂに沿って見た図に相当する。

（全体構成）
図１に示すように、本実施形態に係る油圧ショベル８０は、走行装置８０ｃ、本体、及び、アタッチメント８３を有する。本体は旋回体であり、キャビン８２及びカウンターウェイト８１を含む。また、アタッチメント８３は、ブーム８５、アーム８４、及び、バケット８６を有している。ブーム８５は本体に装着され、アーム８４はブーム８５の先端に装着され、バケット８６はアーム８４の先端に装着されている。

図２に示すように、ブーム８５の一端側には、本体に対して取り付けられる部分である接続部８５ｂが設けられている。接続部８５ｂには、ブーム８５の回転軸である接続ピン（図示せず）を通すための、貫通孔８５ｈが形成されている。

また、図１及び図２に示すように、ブーム８５の他端側には、ブーム８５とアーム８４とを連結するブームトップ（連結部品）１が取り付けられている。具体的には、ブームトップ１の内部に、ブーム８５の先端部が挿入されている。そして、ブームトップ１に形成された軸穴（軸穴１１ｈ及び軸穴１２ｈ）には、アーム８４の回転軸であるアームピン８４ｐが挿入されている。

そして、ブーム８５は、接続ピンを中心として、本体に対して上下に回転移動でき、また、アーム８４は、アームピン８４ｐを中心として、ブーム８５に対して上下に回転移動できる。

（ブームトップ）
ブームトップ１の全体構成について説明する。ブームトップ１は、上記のように、ブーム８５とアーム８４とを連結する連結部品であって、鋳造品である。また、ブームトップ１の材料は鋳鋼である。なお、ブームトップの材料に鋳鉄を使用してもよい。

ブームトップ１は、二枚の支持板（第１ブラケット１１及び第２ブラケット１２）、及び、これらに挟まれた中間支持材２を備える（図３参照）。また、中間支持材２は、底板２１及びカバー板２２を含む。以下、各部について説明する。

（ブラケット）
二枚の支持板、すなわち、第１ブラケット１１、及び、第２ブラケット１２は、平行に配置された板状部材である（図３、図５、図６参照）。第１ブラケット１１には、軸穴１１ｈが形成され、第２ブラケット１２には、軸穴１２ｈが形成されている。そして、ブーム８５及びアーム８４の連結時には、軸穴１１ｈ及び軸穴１２ｈに、アームピン８４ｐが通される。図の矢印Ｃ方向は、アームピン８４ｐがブームトップ１の軸穴に通された場合における、アームピン８４ｐの軸方向である。二つの支持板は、軸方向Ｃに対して垂直に配置されている。

なお、図の矢印Ｄ方向は、鋳型の取り出し方向である。この取り出し方向Ｄに関して、前方側をＤ１側、後方側をＤ２側とする（図参照）。また、図の矢印Ｅ方向は、取り出し方向Ｄ及び軸方向Ｃの両方に垂直な方向である。

それぞれのブラケットにおいては、軸穴（軸穴１１ｈ又は軸穴１２ｈ）が、Ｄ２側の端領域に形成されている。そして、ブラケットの方向Ｅに関する長さは、Ｄ２側の端部で最も短く、Ｄ１側の端部で最も長い（図６参照）。

（中間支持材）
中間支持材２は、二枚の支持板から連続して形成されている。また、中間支持材２は、二枚の支持板の間に配置されている。中間支持材２は、底板２１と、カバー板２２とを有する。また、中間支持材２には、内部空間２ｓが形成されている。ブームトップ１においては、中間支持材２を介して、二枚の支持板が強く結合している。以下、カバー板２２及び底板２１のそれぞれについて説明する。

（カバー板）
カバー板２２は、底板２１から連続して形成されている。また、カバー板２２は、取り出し穴２１ｈ（後述；図５参照）を覆うように、アーム８４に面する位置に設けられている。そして、カバー板２２によって、ブーム８５の内部への液体等の流入が防止される。

カバー板２２は、第１フィン２３、第１板２ｂ、第２板２ｃ、第３板２ｄ、第４板２ｆ、及び、第２フィン２４から成る。第１フィン２３、第１板２ｂ、第２板２ｃ、第３板２ｄ、第４板２ｆ、及び第２フィン２４は、この順に連続して形成されている。また、カバー板２２に含まれるこれらの板部は、全て、二枚の支持板のそれぞれに連続している。また、カバー板２２は、軸方向Ｃに沿って延びるように形成されており、軸方向Ｃに垂直な断面におけるカバー板２２の形状は、どの断面においても同様である。

第１フィン２３は上板であり、第２フィン２４は下板である。また、第１フィン２３及び第２フィン２４は、平板状に形成され、且つ、方向Ｅに対して垂直である。

カバー板２２は、軸方向Ｃに垂直な断面において、第１フィン２３及び第２フィン２４を両端として、Ｕ字を描くように形成されている（図５、図６参照）。第１フィン２３及び第２フィン２４の端面（取り出し方向Ｄに関してＤ１側の端面）位置は、第１ブラケット１１及び第２ブラケット１２の端面位置と一致している。

第１フィン２３及び第２フィン２４の二つは、カバー板２２において、最もＤ１側に位置している。また、第２板２ｃ及び第３板２ｄの結合部分は、カバー板２２において、最もＤ２側に位置している。

第２板２ｃ及び第３板２ｄは、これらの結合部分から、それぞれ、第１フィン２３、及び、第２フィン２４の方向へ延びる。そして、第２板２ｃ及び第３板２ｄは、Ｖ字状に結合している。また、第２板２ｃ及び第３板２ｄは、取り出し方向Ｄに関して、取り出し穴２１ｈに面して配置されている。第２板２ｃ及び第３板２ｄの厚さはｔ９である（図６参照）。また、このｔ９は、カバー板２２の最小厚さである。

第１板２ｂは、第２板２ｃから連続して形成されており、第１フィン２３と同様に、方向Ｅに対して垂直である。また、第１フィン２３と第１板２ｂとは連続している。

第４板２ｆは、第３板２ｄから連続して形成されている。第２フィン２４と第４板２ｆとは連続している。第４板２ｆは、第２フィン２４と第３板２ｄとをつないでおり、また、軸方向Ｃに垂直な断面において、湾曲している（図５、図６参照）。

なお、カバー板の形状は、このようなものには限られない。例えば、図１２（ａ）に示すように、ブームトップ５０１Ａのカバー板５２２Ａが、第１板２ｂ、第２板２ｃ、及び、第３板２ｄの代わりに、ほぼ等曲率の湾曲部５０２ｘを有していてもよい。また、図１２（ｂ）に示すように、ブームトップ５０１Ｂのカバー板５２２Ｂが、取り出し方向Ｄに対して垂直な平板５０２ｚを有していてもよい。

（底板）
底板２１は板状に形成されており、また、底板２１は、ブーム８５に面する位置に設けられている。そして、底板２１は、取り出し方向Ｄに垂直であり、方向Ｅ及び軸方向Ｃの両方に平行である。また、底板２１は、二枚の支持板のそれぞれに連続している（図４乃至図６参照）。

底板２１の中央部には、円形の取り出し穴２１ｈが形成されている（図４及び図５参照）。取り出し穴２１ｈは、ブームトップ１を製造する際に、内側鋳型を取り出すためのものである。

底板２１は、カバー板２２に対して連続している。具体的には、底板２１は、カバー板２２に対し、第１板２ｂ及び第４板２ｆにおいて結合している（図５及び図６参照）。そのため、第１ブラケット１１のＤ１側の端部、第２ブラケット１２のＤ１側の端部、第１フィン２３、及び第２フィン２４は、底板２１の位置よりもＤ１側に延びている（図５参照）。すなわち、底板２１は、第１ブラケット１１、第２ブラケット１２、及びカバー板２２の、Ｄ１側の端面位置よりも、Ｄ２側に入り込んだ位置に設けられている。そして、底板２１、第１フィン２３、第１ブラケット１１、第２フィン２４、及び第２ブラケット１２によって形成された空間（凹部）に、ブーム８５の先端部が挿入される。なお、ブーム８５の先端部の内側に、ブームトップが挿入されるように、ブームトップが形成されていてもよい。

底板２１は、本体部２１ｗ、増厚部２１ｖ、及び、突出部２１ｔを有する（図５参照）。本体部２１ｗは、厚さがｔ２の板状部である（図９（ａ）参照）。また、増厚部２１ｖは、底板２１の外縁部（底板２１のうち、第１板２ｂ、第４板２ｆ、第１ブラケット１１、及び第２ブラケット１２に隣接した部分）に形成されている。この外縁部においては、増厚部２１ｖの厚さと、本体部２１ｗの厚さとの和が、底板２１の全厚になっている。また、本体部２１ｗ及び増厚部２１ｖは、取り出し方向Ｄに対して垂直に形成されている。

（縁部）
底板２１において、取り出し穴２１ｈの周囲の領域（取り出し穴２１ｈに面する部分）を縁部２１ｒとする。縁部２１ｒの形状は環状である。縁部２１ｒには、その全周にわたって、突出部２１ｔが形成されている。突出部２１ｔは、本体部２１ｗの先端から、取り出し方向Ｄに沿って、Ｄ１側へ突出している（図５、図６参照）。

底板２１がこのように形成されている結果、増厚部２１ｖと突出部２１ｔとの間には、本体部２１ｗを底とする溝２１ｄが、環状に形成されている。

なお、図１３（ａ）のブームトップ６０１Ａのように、底板６２１Ａに、増厚部２１ｖがなくてもよい。そして、底板６２１Ａが、本体部２１ｗ及び突出部２１ｔのみから成っていてもよい。

次に、図９について説明する。図９の各断面は、取り出し方向Ｄに平行で、且つ、取り出し穴の中心を通る断面である。また、図９（ａ）に示した断面は、図６において、破線円Ｋで囲われた部分に相当する。なお、図９（ｂ）乃至図９（ｇ）については、後述するためここでは説明しない。

縁部２１ｒの厚さ（すなわち、本体部２１ｗ及び突出部２１ｔの厚さ）は、ｔ１である（図９（ａ）参照）。また、底板２１においては、ｔ２＜ｔ１の関係が成立している。ｔ２は、ｔ９と同等の厚さを有する。すなわち、ｔ２及びｔ９に次の関係が成立している。
（０．８×ｔ９）＜ｔ２＜（１．２×ｔ９）

また、従来のブームトップにおける底板９２１の縁部の厚さをｔ０とすると（図９（ｈ）参照）、ｔ２及びｔ９は、ｔ０と同等である。

また、取り出し方向Ｄに平行で、且つ、取り出し穴２１ｈの中心を通る断面において、突出部２１ｔは半楕円形状を有する（図９（ａ）参照）。

図６及び図９（ａ）は、取り出し方向Ｄに平行で、且つ、取り出し穴２１ｈの中心を通る断面のうち、軸方向Ｃに垂直な一断面を示している。
ブームトップ１においては、突出部２１ｔが、縁部２１ｒの全周にわたって、均一に形成されている。そのため、取り出し方向Ｄに平行で、取り出し穴２１ｈの中心を通る断面（すなわち、取り出し穴２１ｈの縁に沿った方向に対して垂直な断面）であれば、軸方向Ｃに垂直な断面でなくても、その断面の縁部２１ｒの形状は、図６、及び図９（ａ）の縁部２１ｒと同様に表わされる。

（ブームトップの製造方法）
次に、ブームトップ１の製造方法について説明する。（i）まず、底板２１の各部の厚さを設定する（設定工程）。具体的には、ｔ１＞ｔ２の関係が成立するように、底板２１を設計する。（ii）次に、材料となる鋳鋼を、融点よりも高い温度になるまで加熱して液体にする（加熱工程）。（iii）次に、鋳型に、液体の鋳鋼を流し込む（注入工程）。（iv）次に、鋳型を冷却することにより、液体の鋳鋼を冷却して凝固させる（冷却工程）。

（v）次に、外側鋳型を分解して、内側鋳型が内部に収容された状態の鋳造品を外部鋳型から取り出し、さらに、取り出し穴２１ｈから、内側鋳型を、取り出し方向Ｄに沿ってＤ１側に取り出す（型分離工程）。以上のようにしてブームトップ１が製造される。

製品であるブームトップ１においては、取り出し穴２１ｈの径の大きさよりも、内部空間２ｓの最大高さ（及び最大幅）が大きくなっている。一方で、内側鋳型が、複数部品からなる分割型となっている。したがって、上記の型分離工程においては、内部鋳型に含まれる複数の型部品のうち、中央の型部品から順に取り外すことにより、全ての内部鋳型が、底板２１に引っ掛かることなく、ブームトップ１の内から外へ取り出される。

（効果）
本実施形態により得られる効果について説明する。ブームトップ１は、ブーム８５とアーム８４とを連結する鋳造品であって、アームピン８４ｐが通される軸穴（軸穴１１ｈ及び軸穴１２ｈ）がそれぞれに形成され、平行に配置された二枚の支持板（第１ブラケット１１及び第２ブラケット１２）と、二枚の支持板から連続して形成され、二枚の支持板の間に配置された中間支持材２と、を備える。
また、中間支持材２の内部には内部空間（空間）２ｓが形成されており、中間支持材２は、（i）鋳型を取り出すための取り出し穴２１ｈが形成され、ブーム８５に面する位置に配置された底板２１と、（ii）当該底板２１から連続して形成され、取り出し穴２１ｈを覆うように、アーム８４に面する位置に配置されたカバー板２２と、を有し、底板２１の、取り出し穴２１ｈに面する縁部２１ｒの全周には、鋳型の取り出し方向Ｄに沿って突出する突出部２１ｔが形成されている。

この構成では、ブームトップ（連結部品）１が鋳造により製造されるために、局所的な応力集中、及び、ブームトップ１全体の軽量化、の両方を考慮して、ブームトップ１の各部位の厚さを設定できる。
また、蓋部品がないので、蓋部品がある場合に比べて、ブームトップを軽量化できる。また、蓋部品の溶接作業が不要となるため、蓋部品を溶接する場合に比べて、ブームトップの製造時間及び製造コストを低減できる。
さらに、縁部２１ｒには、突出部２１ｔが形成されているため、縁部２１ｒが補強される。そのため、ねじり荷重がブームトップ１に作用し、且つ、縁部２１ｒに応力が集中した場合であっても、底板２１の破損が抑制される。
以上のように、本構成により、溶接作業が不要でありながら、軽量で且つ強度が高いブームトップ１が得られる。

また、ブームトップ１においては、突出部２１ｔが、縁部２１ｒの全周にわたって形成されている。この構成では、縁部２１ｒのどこに応力が作用するかを予測できない場合であっても、底板２１を確実に補強できる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について、図７及び図９（ｂ）を用いて説明する。なお、上記の実施形態と同様の部分については、図に同一の符号を付してその説明を省略する。図７は、第２実施形態に係るブームトップの斜視断面図である。以下、上記の実施形態とは異なる部分を中心に説明し、上記の実施形態と同様の事項については、その説明を省略する。なお、厚さｔ９は、上記の実施形態のｔ９に相当する。また、図７の断面位置は、図３のＡ−Ａ’位置に相当する。

ブームトップ１０１においては、底板１２１の形状が、上記の底板２１とは異なる。以下、底板１２１について具体的に説明する。底板１２１は、本体部１２１ｗ及び増厚部２１ｖから成り、底板１２１は、上記の突出部２１ｔを含まない。また、本体部１２１ｗは、上記の本体部２１ｗに比べて、全体的に厚くなっている。すなわち、底板１２１の縁部１２１ｒは、増厚補強されている（本体部１２１ｗの、厚さがｔ３の部分参照）。

底板１２１の、縁部１２１ｒの厚さｔ３は、その全周にわたって、カバー板２２の最小厚さであるｔ９よりも大きい（図７及び図９（ｂ）参照）。ここでは、図９（ｂ）に示すように、「縁部１２１ｒの厚さ」を、「基部（第４板２ｆ）に対する底板１２１の高さが、先端から１／３となる位置での底板１２１の厚さ」と定義している。

（ブームトップの製造方法）
次に、ブームトップ１０１の製造方法について説明する。まず、底板２１の各部の厚さを設定する（設定工程）。具体的には、ｔ３＞ｔ９の関係が成立するように、底板１２１を設計する。

その他の、加熱工程、注入工程、冷却工程、型分離工程については、上記の実施形態と同様であるので、説明を省略する。以上のようにしてブームトップ１０１が製造される。

（効果）
本実施形態により得られる効果について説明する。ブームトップ（連結部品）１０１は、ブーム８５とアーム８４とを連結する鋳造品であって、アームピン８４ｐが通される軸穴（軸穴１１ｈ及び軸穴１２ｈ）がそれぞれに形成され、平行に配置された二枚の支持板（第１ブラケット１１及び第２ブラケット１２）と、二枚の支持板から連続して形成され、二枚の支持板の間に配置された中間支持材１０２と、を備える。
また、中間支持材１０２の内部には内部空間（空間）２ｓが形成されており、中間支持材１０２は、（i）鋳型を取り出すための取り出し穴２１ｈが形成され、ブーム８５に面する位置に配置された底板１２１と、（ii）当該底板１２１から連続して形成され、取り出し穴２１ｈを覆うように、アーム８４に面する位置に配置されたカバー板２２と、を有し、底板１２１の、取り出し穴２１ｈに面する縁部１２１ｒの全周の厚さｔ３は、カバー板２２の最小厚さｔ９よりも大きい。

この構成では、ブームトップ１０１が鋳造により製造されるために、局所的な応力集中、及び、ブームトップ１０１全体の軽量化、の両方を考慮して、ブームトップ１０１の各部位の厚さを設定できる。
また、蓋部品がないので、蓋部品がある場合に比べて、ブームトップ１０１を軽量化できる。また、蓋部品の溶接作業が不要となるため、蓋部品を溶接する場合に比べて、ブームトップ１０１の製造時間及び製造コストを低減できる。
さらに、底板１２１の縁部１２１ｒは、増厚補強されている。そのため、ねじり荷重がブームトップ１０１に作用し、且つ、縁部１２１ｒに応力が集中した場合であっても、底板１２１の破損が抑制される。
以上のように、本構成により、溶接作業が不要でありながら、軽量で且つ強度が高いブームトップ１０１が得られる。

また、ブームトップ１０１においては、底板１２１の、取り出し穴２１ｈに面する縁部１２１ｒの厚さｔ３は、全周にわたって、カバー板２２の最小厚さｔ９よりも大きい。

この構成では、縁部１２１ｒのどこに応力が作用するかを予測できない場合であっても、底板１２１を確実に補強できる。

また、縁部に突出部２１ｔを形成せず、縁部１２１ｒを増厚補強することにより、突出部の付け根に生じる応力集中がなくなる。また、突出部を設ける場合に比べて、鋳造湯流れの量を低減できるため、歩留まりの良い鋳造が可能となる。

なお、図１３（ｂ）のブームトップ６０１Ｂのように、底板６２１Ｂに、増厚部２１ｖがなくてもよい。そして、底板６２１Ｂが、本体部６２１ｗのみから成っていてもよい。

次に、第２実施形態に係るブームトップ１０１の実施例について、図８を用いて説明する。ここでは、ブームトップ１０１のねじり試験（数値解析）を行なった。

（試験の内容）
第１ブラケット１１の軸穴１１ｈ付近、及び、第２ブラケット１２の軸穴１２ｈ付近を、方向Ｅに関して、それぞれ反対方向に引っ張った（図の矢印Ｆ方向、及び、矢印Ｆ’方向参照）。そして、そのねじり荷重によりブームトップ１０１に生じるミーゼス応力［ＭＰａ］を測定した。なお、この試験条件における、底板１２１の許容応力を、片振り応力（pulsating stress）で１２５ＭＰａ、両振り応力（reversed stress）で２５０ＭＰａとする。

また、比較例として、従来のブームトップ８０１（図１４参照；後述）を用いて同様の試験を行なった。
さらに、参考比較例として、従来のブームトップ９０１（図１５及び図１６参照）を用いて同様の試験を行なった。

（比較例）
比較例のブームトップ８０１について、図１４を用いて説明する。なお、上記の実施形態と同様の部分については、図に同一の符号を付してその説明を省略する。なお、符号８０１、８２１、８２１ｈ、８２１ｒを付した部分は、それぞれ、上記の実施形態において、符号１０１、１２１、２１ｈ、１２１ｒを付した部分に相当する。

ブームトップ８０１は、底板８２１と、アーム８４に面する位置に配置されたカバー板とを有する。なお、図１４において、取り出し穴８２１ｈの奥に見えているのがカバー板である。ブームトップ８０１には、蓋が設けられていない。そのため、取り出し穴８２１ｈは、開放された状態となっている。
底板８２１の、取り出し穴８２１ｈに面する縁部８２１ｒには、取り出し方向Ｄに沿って突出する突出部は設けられていない。
また、底板８２１の縁部８２１ｒの厚さは、カバー板の最小厚さ（ｔ９）と同等である。すなわち、底板８２１の縁部８２１ｒは、縁部１２１ｒとは異なり、増厚補強されていない。

（比較例の試験結果）
比較例においても、上記と同様のねじり試験を行なった。その結果、比較例においては、最大応力が縁部８２１ｒにおいて発生した。また、この最大応力は、底板８２１の対角線（軸方向Ｃに対して４５度及び−４５度傾いた二本の線）上の位置（４箇所）で発生し、その値は、約１４８ＭＰａであった（図１４参照）。なお、図１４には、片振り応力についての試験結果を示している。

（参考比較例の試験結果）
参考比較例においても、上記と同様のねじり試験を行なった。その結果、参考比較例においては、底板９２１の縁部Ｚに発生した最大応力は、約７０ＭＰａであった（図１６参照）。なお、図１６には、片振り応力についての試験結果を示している。

（実施例の試験結果）
以下、本実施例の試験結果（数値解析結果）について説明する。
図８（図８には、片振り応力についての試験結果を示している）に示すように、実施例に係るブームトップ１０１においては、最大応力が縁部１２１ｒにおいて発生した。また、この最大応力の値は１１５ＭＰａであった。このように、ブームトップ１０１においては、縁部１２１ｒに生じる最大応力が、比較例（約１４８ＭＰａ）に比べて抑制されており、且つ、その値が許容応力範囲内に収まった。

以上のように、ブームトップ１０１の構成により、蓋９７０がなくても、底板を十分に補強できることがわかった。

また、２０トンクラスの油圧ショベルにおいては、蓋９７０の重量は約５ｋｇｆとなる。すなわち、蓋を使用しないことにより、従来のブームトップ９０１に比べて、５ｋｇｆの減量が可能となる。
一方、ブームトップ１０１においては、本体部１２１ｗの厚さをｔ３とする（増厚補強する）ことにより、従来のブームトップ９０１の底板９２１（蓋は含まれない）と比べて、底板１２１の重量が２ｋｇｆ増加した。
そのため、ブームトップ１０１の底板１２１は、従来の底板９２１に比べて、３ｋｇｆ（＝５ｋｇｆ−２ｋｇｆ）軽量化された。

（参考実施形態）
次に、参考実施形態について説明する。この実施形態では、上記の「縁部の厚さ」を、次の（i）又は（ii）のように定義する。
（i）底板全体の平均厚さ（相加平均、相乗平均、又は調和平均）を「縁部の厚さ」とする。
（ii）底板に平板部分（両面が平行に形成されている部分）がある場合には、その部分の厚さを「縁部の厚さ」とする。

（変形例）
次に、上記の第１実施形態の変形例について、図９を用いて説明する。なお、上記の実施形態と同様の部分については、図に同一の符号を付してその説明を省略する。以下、上記の第１実施形態とは異なる部分を中心に説明し、上記の第１実施形態と同様の事項については、その説明を省略する。なお、符号２２１Ａ、２２１Ｃ、２２１Ｅ、２２１Ｇ、２２１Ｊを付した部分は、全て、上記の実施形態において符号２１ｔを付した部分に相当する。また、厚さｔ１、ｔ２は、上記の実施形態のｔ１、ｔ２に相当する。

上記のように、図９（ｃ）、図９（ｄ）、図９（ｅ）、図９（ｆ）、及び図９（ｇ）に示した断面は、取り出し方向Ｄに平行で、且つ、取り出し穴の中心を通る断面のうち、軸方向Ｃに垂直な一断面を示している。

図９（ｃ）は、第１変形例に係る底板を示している。この底板には、縁部に二つの突出部（突出部２２１Ａ及び突出部２２１Ｂ）が形成されている。突出部２２１Ａは、取り出し方向Ｄに沿って、Ｄ１側に突出しており、突出部２２１Ｂは、Ｄ２側に突出している。本変形例では、突出部が、Ｄ１側及びＤ２側の両方に突出しているので、縁部の厚さｔ４は、ｔ１よりも大きい。また、突出部２２１Ａの突出量（本体部２１ｗから、取り出し方向Ｄに沿って突出している部分の長さ）と、突出部２２１Ｂの突出量とは等しい。このように、底板の断面（取り出し穴２１ｈの縁に沿った方向に対して垂直な断面）の形状が、Ｔ字形であってもよい。

図９（ｄ）は、第２変形例に係る底板を示している。この底板においても、二つの突出部（突出部２２１Ｃ及び突出部２２１Ｄ）が形成されている。突出部２２１Ｃは、取り出し方向Ｄに沿って、Ｄ１側に突出しており、突出部２２１Ｄは、Ｄ２側に突出している。また、本変形例の縁部の厚さｔ４は、第１変形例と同じだが、第１変形例とは異なり、突出部２２１Ｃの突出量は、突出部２２１Ｄの突出量よりも大きい。

図９（ｅ）は、第３変形例に係る底板を示している。この底板においても、二つの突出部（突出部２２１Ｅ及び突出部２２１Ｆ）が形成されている。突出部２２１Ｅは、取り出し方向Ｄに沿って、Ｄ１側に突出しており、突出部２２１Ｆは、Ｄ２側に突出している。また、縁部の断面形状としては、長軸方向が取り出し方向Ｄに沿った楕円形となっている。この底板において、縁部の厚さｔ５は、ｔ１よりも大きい。

図９（ｆ）は、第４変形例に係る底板を示している。この底板においても、二つの突出部（突出部２２１Ｈ及び突出部２２１Ｇ）が形成されている。突出部２２１Ｈは、取り出し方向Ｄに沿って、Ｄ１側に突出しており、突出部２２１Ｇは、Ｄ２側に突出している。また、縁部の断面形状としては、逆三角形状となっている。

上記の第３及び第４変形例においては、突出部の付け根の湾曲部（突出部と本体部との結合部分の表面；湾曲部２２１ｙ及び湾曲部２２１ｘ）の曲率半径が、第１及び第２変形例（Ｔ字形の底部）の湾曲部よりも大きくなっている。これにより、第３及び第４変形例においては、第１及び第２変形例よりも、湾曲部への応力集中を低減できる。

図９（ｇ）は、第５変形例に係る底板を示している。この底板においては、底板２１と同様に、突出部２２１Ｊは、Ｄ１側にのみ突出しているが、縁部の形状が、縁部２１ｒとは異なる。具体的には、突出部２２１Ｊ及び本体部２１ｗの結合部分の表面である、湾曲部２２１ｚの曲率半径が、湾曲部２２１ｘ及び湾曲部２２１ｙに比べて、さらに大きく設定されている。そのため、湾曲部への応力集中を、さらに効果的に低減できる。

なお、突出部が突出する方向については、Ｄ２側（底板から、中間支持材の内部空間へ向かう側）であってもよいし、Ｄ１側（底板から、ブームの方へ向かう側）であってもよい。

また、図９（ｃ）乃至図９（ｇ）に示した突出部が、縁部の全周にわたって均一に形成されていてもよいし、これらのような突出部が、縁部のうち一部に形成されていてもよい。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について、図１０を用いて説明する。なお、上記の実施形態と同様の部分については、図に同一の符号を付してその説明を省略する。図１０は、第３実施形態に係るブームトップの底面図である。以下、上記の第１実施形態とは異なる部分を中心に説明し、上記の第１実施形態と同様の事項については、その説明を省略する。なお、符号３２１、３２１ｄ、３２１ｈ、３２１ｒ、３２１ｔ、３２１ｖを付した部分は、それぞれ、上記の実施形態において、符号２１、２１ｄ、２１ｈ、２１ｒ、２１ｔ、２１ｖを付した部分に相当する。

ブームトップ３０１においては、上記の実施形態とは異なり、取り出し穴３２１ｈが、円形ではなく、四角形（四隅が丸くなった四角形）となっている。また、この取り出し穴３２１ｈの形状に合わせて、縁部３２１ｒ及び突出部３２１ｔが形成されている。なお、取り出し穴は、これ以外の形状を有していてもよい。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について、図１１を用いて説明する。なお、上記の実施形態と同様の部分については、図に同一の符号を付してその説明を省略する。図１１は、第４実施形態に係るブームトップの底面図である。以下、上記の第１実施形態とは異なる部分を中心に説明し、上記の第１実施形態と同様の事項については、その説明を省略する。なお、符号４２１、４２１ｄ、４２１ｒ、４２１ｔを付した部分は、それぞれ、上記の実施形態において、符号２１、２１ｄ、２１ｒ、２１ｔを付した部分に相当する。また、厚さｔ１、ｔ２は、上記の実施形態のｔ１、ｔ２に相当する。

本実施形態に係るブームトップ４０１においては、底板４２１の形状が、上記の底板２１とは異なる。以下、具体的に説明する。底板４２１においては、そして、突出部が全周にわたって形成されていない。そして、縁部４２１ｒに、四つの突出部４２１ｔが形成されている。なお、縁部４２１ｒは、破線円Ｍの内部の領域（取り出し穴２１ｈを除く）である。

また、これらの突出部４２１ｔは、それぞれ、（i）縁部４２１ｒの範囲内の位置であって、且つ、（ii）軸方向Ｃに対して、４５度（又は−４５度）傾いた線上の位置に形成されている。すなわち、図１１において、四つの突出部４２１ｔは、取り出し穴２１ｈの周囲の縁部であって、且つ、底板４２１の対角線（図のＧ−Ｊを結ぶ線、及び、Ｈ−Ｉを結ぶ線）上の位置にある。

縁部４２１ｒの厚さは、対角線上で最も厚く、ｔ１である（図１１の対応断面図（ａ）参照）。軸方向Ｃに沿った線上、及び方向Ｅに沿った線上において、縁部４２１ｒの厚さは最も薄く、ｔ２である（図１１の対応断面図（ｃ）参照）。これらの間の線上では、縁部４２１ｒの厚さは、ｔ２よりも大きく、ｔ１よりも小さい。例えば、図１１の対応断面図（ｂ）（軸方向Ｃに対して、６０度傾いた線上での断面図）においては、縁部４２１ｒの厚さがｔ７（ｔ２＜ｔ７＜ｔ１）となっている。このように、それぞれの突出部４２１ｔは、底板４２１の対角線を中心として、取り出し穴２１ｈの円周方向に広がりのある形状を有する。ブームトップはこのように形成されていてもよい。

（効果）
本実施形態により得られる効果について説明する。ブームトップ４０１においては、四つの突出部４２１ｔが、縁部４２１ｒの、アームピン８４ｐの軸方向Ｃに対して４５度（又は−４５度）傾いた線上の位置に形成されている。

この構成では、アームピン８４ｐの回転（アームピン８４ｐの軸方向Ｃが回転する方向に関する回転）に起因して、アームピン８４ｐの軸方向Ｃに対して傾いた方向に沿って、底板４２１に応力が集中することが分かっている場合に、局所的な応力集中、及び、ブームトップ４０１全体の軽量化、の両方を考慮して、ブームトップ４０１の各部位の厚さを最適化できる。

（変形例）
また、本実施形態の変形例として、図１１の縁部４２１ｒにおいて、突出部４２１ｔの部分が、図７の本体部１２１ｗ（増厚補強された底板部）に置き換えられてもよい。すなわち、本変形例においては、縁部に突出部が設けられていない。

すなわち、底板の、取り出し穴に面する縁部の、アームピンの軸方向Ｃに対して４５度（又は−４５度）傾いた線上の位置における厚さｔ３は、カバー板２２の最小厚さｔ９よりも大きくてもよい。

この構成では、アームピン８４ｐの回転（アームピン８４ｐの軸方向が回転する方向に関する回転）に起因して、アームピン８４ｐの軸方向Ｃに対して傾いた方向に沿って、底板に応力が集中することが分かっている場合に、局所的な応力集中、及び、ブームトップ全体の軽量化、の両方を考慮して、ブームトップの各部位の厚さを最適化できる。

（他の実施形態について）
本発明の実施の形態は、上記の実施形態には限られない。例えば、この連結部品は、ブームフット（本体とブームとを連結する部品）として使用されてもよい。

本発明は、油圧ショベル用のブームトップとして利用することができる。

１ ブームトップ（連結部品）
１１ 第１ブラケット（支持板）
１１ｈ 軸穴
１２ 第２ブラケット（支持板）
１２ｈ 軸穴
２ 中間支持材
２ｂ 第１板
２ｃ 第２板
２ｄ 第３板
２ｆ 第４板
２ｓ 内部空間
２１ 底板
２１ｄ 溝
２１ｈ 取り出し穴
２１ｒ 縁部
２１ｔ 突出部
２１ｖ 増厚部
２１ｗ 本体部
２２ カバー板
２３ 第１フィン
２４ 第２フィン

Claims (4)

1. ブームとアームとを連結する、鋳造された連結部品（１）であって、
   アームピンが通される軸穴（１１ｈ、１２ｈ）がそれぞれに形成され、平行に配置された二枚の支持板（１１、１２）と、
   前記二枚の支持板から連続して形成され、前記二枚の支持板の間に配置された中間支持材（２）と、を備え、
   前記中間支持材の内部には空間（２ｓ）が形成されており、
   前記中間支持材は、（i）鋳型を取り出すための取り出し穴（２１ｈ）が形成され、前記ブームに面する位置に配置された底板（２１）と、（ii）当該底板から連続して形成され、前記取り出し穴を覆うように、前記アームに面する位置に配置されたカバー板（２２）と、を有し、
   前記底板の、前記取り出し穴に面する縁部（２１ｒ）の、全周のうち少なくとも一部には、前記鋳型の取り出し方向に沿って突出する突出部（２１ｔ）が形成されていることを特徴とする連結部品。
2. 前記突出部が、前記縁部の全周にわたって形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の連結部品。
3. 前記突出部が、前記縁部の、前記アームピンの軸方向に対して傾いた線上の位置に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の連結部品。
4. ブームとアームとを連結する、鋳造された連結部品（４０１）であって、
   アームピンが通される軸穴がそれぞれに形成され、平行に配置された二枚の支持板（１１、１２）と、
   前記二枚の支持板から連続して形成され、前記二枚の支持板の間に配置された中間支持材（１０２）と、を備え、
   前記中間支持材の内部には空間（２ｓ）が形成されており、
   前記中間支持材は、（i）鋳型を取り出すための取り出し穴が形成され、前記ブームに面する位置に配置された底板（１２１）と、（ii）当該底板から連続して形成され、前記取り出し穴を覆うように、前記アームに面する位置に配置されたカバー板（２２）と、を有し、
   前記底板の、前記取り出し穴に面する縁部（１２１ｒ）の、前記アームピンの軸方向に対して傾いた線上の位置における厚さは、前記カバー板の最小厚さよりも大きいことを特徴とする連結部品。

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