JP5566542B1 - 掘削バケット及び作業車両 - Google Patents

Abstract

掘削バケット（９）は、底面部（３２）、背面部（３３）及び側面部（３４）を有するバケット本体（２１）と、リップ部（３５）と、ブラケット（２２）と、ツース（２３）とを備える。リップ部（３５）は、バケット本体（２１）において背面部（３３）の反対側に位置する縁部に固定される。ブラケット（２１）は、アーム（８）に取り付けるための取付ピンが通される孔（３８）を有している。側面視において、ブラケット（２２）の孔（３８）の中心とリップ部（３５）の先端とを結んだ仮想線Ｓ１の長さをリスト半径Ｖとする。側面視において、仮想線に対して垂直な仮想線から底面部までの線分のうち最も長い線分を仮想線Ｓ４とし、その長さをバケット深さＤとする。側面視において、リップ部３５と仮想線Ｓ１によって形成される角の大きさをリップ角θとした場合、６２°≦θ≦７２°及び０．７≦Ｄ／Ｖ≦０．８を満たす。

Description

本発明は、掘削バケット及び作業車両に関する。

作業車両に装備される掘削バケットは、複数のツースと、ブラケットと、バケット本体とを備える。ツースは、バケット本体の前側上部に設けられている。ブラケットは、バケット本体の背面部に設けられている。また、ブラケットには孔が設けられており、取付ピンが孔に通されることにより、掘削バケットがアームに取り付けられる。これにより、掘削バケットは取付ピンを中心に回動可能にアームに取り付けられる。

このような掘削バケットとして、側面視においてツース側から直線部、円弧部及び直線部の順に形成された底面部を有する構成が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
更に、掘削抵抗を減らし、磨耗を減少させることによって掘削バケットの寿命を長くする掘削バケットが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。この掘削バケットでは、側面視において曲率半径の異なる２つの曲面部を有する底面部が形成されている。

実開平４−１１７０４６号公報 国際公開第２０１１／０４９０６１号

（発明が解決しようとする課題）
しかしながら、上記従来の掘削バケットでは、以下に示すような問題点を有している。
すなわち、掘削バケットの容量の増大化が望まれる場合に、掘削バケットの幅を広くすることによって掘削バケットの容量を増加すると、動作時に捻りなどが発生し易く、アームへの負担が大きくなる。
本発明の目的は、従来の掘削バケットの課題を考慮し、アームへの負担を抑制しつつ、容量の増加を図ることが可能な掘削バケット、及び作業車両を提供することである。

第１の発明に係る掘削バケットは、作業車両のアームに取り付けられる掘削バケットであって、バケット本体と、リップ部と、ブラケットと切刃部とを備える。バケット本体は、側面視において曲率半径の異なる２つの曲面部を持つ底面部と、底面部に繋がっている背面部と、底面部と背面部とに囲まれた空間の側方を覆う一対の側面部と、を有する。リップ部は、バケット本体において背面部の反対側に位置する縁部に固定される。ブラケットは、アームに取り付けるための取付ピンが通される孔を有し、背面部に固定される。切刃部は、リップ部に固定される。側面視において、ブラケットの孔の中心とリップ部の先端とを結んだ仮想線の長さをリスト半径とする。側面視において、仮想線に対して垂直な仮想線から底面部までの線分のうち最も長い線分を第２仮想線とし、その長さをバケット深さとする。側面視において、リップ部と仮想線によって形成される角の大きさをリップ角とする。リスト半径をＶ、バケット深さをＤ、リップ角をθとした場合、６２°≦θ≦７２°及び０．７≦Ｄ／Ｖ≦０．８を満たす。

リップ角θを６２°以上にすることで、底面部の湾曲を大きくし、バケット深さを深くすることが出来るため、従来の掘削バケットと同じ幅であっても容量（バケット容量）の増大化を図ることが出来る。このように、掘削バケットの幅を変更せずに容量を増やすことが出来るため、アームへの負担を抑制しつつ、容量の増加を図ることが可能となる。
また、掘削の際に掘削バケットはブラケットの孔を中心として回動するが、リップ角θを７２°以下にすることによって、切刃部の先端の軌跡よりも底面部が下方に突出しないようにすることが出来る。そのため、掘削抵抗を低減することが出来る。又、リップ角θを７２°よりも大きくすると底面部の湾曲が大きくなるため、掘削した土の排土性を確保し難くなる場合がある。このため、リップ角θを７２°以下とすることによって排土性を確保することが出来る。

また、リップ角θを調整することによって従来よりもバケット容量の増大化を図っているため、第１の発明の掘削バケットは、従来の掘削バケットとリスト半径を同じ長さに設定することが出来る。リスト半径によって油圧ショベルの本体側の制御値が設定されているため、制御値を変更することなく、容易に第１の発明の掘削バケットに付け替えることが出来る。
更に、バケット深さ／リスト半径を０．７以上とすることによってバケット深さがより深くなり、従来よりも容量の増大化を図ることが出来る。また、バケット深さ／リスト半径が０．８よりも大きくなると、リスト半径に対してバケット深さが深くなりすぎ排土性が確保し難くなる場合や、掘削抵抗が大きくなる場合がある。このため、バケット深さ／リスト半径を０．８以下とすることにより掘削抵抗を低減しつつ排土性を確保することが出来る。

第２の発明に係る掘削バケットは、第１の発明に係る掘削バケットであって、掘削バケットの幅（バケット幅）をＺとした場合、０．７３≦Ｄ／Ｚ≦０．８３が満たされる。
バケット深さ／バケット幅の値が大きくなると、バケット幅に対するバケット容量を大きくすることができる。すなわち、バケット深さ／バケット幅の値を０．７３以上とすることで、従来の掘削バケットと同一の幅であっても従来よりもバケット容量を大きくすることが出来る。また、バケット深さ／バケット幅の値を０．８３よりも大きくすると、バケット幅に対するバケット深さが深くなりすぎ排土性が確保し難くなる場合や、掘削抵抗が大きくなる場合がある。そのため、バケット深さ／バケット幅の値を０．８３以下とすることにより掘削抵抗を低減しつつ排土性を確保することが出来る。

第３の発明に係る作業車両は、車両本体と、車両本体に取り付けられるブームと、ブームに取り付けられるアームと、アームに取り付けられる第１の発明又は第２の発明の掘削バケットと、を備える。
これにより、掘削バケットの幅を変更せずに容量を増やすことが出来るため、アームへの負担を抑制しつつ、容量の増加を図ることが可能となる。

（発明の効果）
本発明によれば、アームへの負担を抑制しつつ、容量の増加を図ることが可能な掘削バケット、及び作業車両を提供することが出来る。

本発明の実施の形態に係る油圧ショベルの外観斜視図。 図１の掘削バケットの斜視図。 図２の掘削バケットの水平状態における側面図。 リップ部を水平に配置した状態における図２の掘削バケットの側面図。 図２の掘削バケットの背面図。 図２の掘削バケットの軌跡を示す図。 比較例１の掘削バケットを示す側面図。 図７の比較例の掘削バケットの軌跡を示す図。 リップ部が水平状態になるように配置された本実施の形態の掘削バケットの側面図。 比較例２の掘削バケットを示す側面図。 リップ部が水平状態になるように配置された比較例２の掘削バケットの側面図。 リップ部が水平状態になるように配置された比較例３の掘削バケットの側面図。 実施例１、比較例２、比較例３の壁面抵抗指数のグラフを示す図。 実施例１、比較例２、比較例３の押し込み力指数のグラフを示す図。 本実施の形態の掘削バケットと比較例２の掘削バケットを示す側面図。 リップ角を変更したときの掘削抵抗指数の変化のグラフを示す図。

本発明の一実施形態に係る作業車両及び掘削バケットについて、図１〜図１６を用いて説明すれば以下の通りである。

（油圧ショベル１００の全体構成）
図１は、本発明の実施の形態に係る油圧ショベル１００を示す図である。この油圧ショベル１００は、車両本体１と作業機４とを備えている。

車両本体１は、走行体２と旋回体３とを有している。走行体２は、一対の走行装置２ａ，２ｂを有する。各走行装置２ａ，２ｂは、履帯２ｄ，２ｅを有しており、エンジンからの駆動力によって履帯２ｄ，２ｅが駆動されることによって、油圧ショベル１００を走行させる。

旋回体３は、走行体２上に載置されている。旋回体３は、走行体２に対して旋回可能に設けられている。また、旋回体３の前部左側位置には運転室５が設けられている。尚、全体構成の説明において、前後方向とは、運転室５の前後方向を意味する。更に、車両本体１の前後方向は、運転室５、すなわち旋回体３の前後方向と一致するものとする。また、左右方向、或いは側方とは、車両本体１の車幅方向を意味する。

旋回体３は、燃料タンク１４と作動油タンク１５とエンジン室１６と収納室１７とを有している。燃料タンク１４は後述するエンジンを駆動するための燃料を貯留する。燃料タンク１４は、作動油タンク１５の前方に配置されている。作動油タンク１５は、図示しない油圧ポンプから吐出され油圧シリンダ１０〜１２に供給される作動油を貯留する。エンジン室１６は、内部にエンジンを収納する。収納室１７は、運転室５の後方に配置されており、エンジン室１６と車幅方向に並んで配置されている。収納室１７の内部には、エンジンを冷却するための図示しないラジエータおよびラジエータファンを収納する収納空間が設けられている。エンジン室１６と収納室１７との後方には、カウンタウェイト１８が設けられている。

作業機４は、旋回体３の前部中央位置に取り付けられており、ブーム７、アーム８、掘削バケット９を有する。ブーム７の基端部は、旋回体３に回転可能に連結されている。また、ブーム７の先端部はアーム８の基端部に回転可能に連結されている。アーム８の先端部は、掘削バケット９に回転可能に連結されている。また、ブーム７、アーム８および掘削バケット９のそれぞれに対応するように油圧シリンダ１０〜１２（ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１およびバケットシリンダ１２）が配置されている。これらの油圧シリンダ１０〜１２が駆動されることによって作業機４が駆動される。これにより、掘削等の作業が行われる。

（掘削バケット９の構成）
図２は、本発明の実施の形態に係る掘削バケット９の斜視図である。図３は図２の掘削バケット９の側面図である。図４は図２の掘削バケット９の側面図であり、図３とは掘削バケット９の傾きが異なった図である。図５は図２の掘削バケット９の背面図である。
図２〜図５に示すように、掘削バケット９は、バケット本体２１と、リップ部３５と、ツースアダプタ２４と、ブラケット２２と、複数のツース２３とを備える。

バケット本体２１は、前面部３１と、底面部３２と、背面部３３と、一対の側面部３４と、を有する。前面部３１は、平坦な板状の部材であり、側面視において直線状の形状を有する。底面部３２は、湾曲した板状の部材であり、側面視においてバケット本体２１の外側へ向けて凸に湾曲した形状を有する。底面部３２は、前面部３１につながっている。背面部３３は、板状の部材が屈曲された形状を有する。背面部３３は、底面部３２につながっている。一対の側面部３４は、互いに距離を隔てて配置されており、前面部３１と底面部３２と背面部３３とに囲まれた空間の側方を覆う。

リップ部３５は、平坦な板状の部材であり、側面視において直線状の形状を有する。リップ部３５は、ツースアダプタ２４が取り付けられ、ツース２３が固定される部分である。リップ部３５は、バケット本体２１において背面部３３の反対側に位置する縁部に固定されている。具体的には、リップ部３５は、前面部３１の縁部に固定されている。リップ部３５の厚さは、前面部３１の厚さよりも大きい。

ブラケット２２は、掘削バケット９をアームに取り付けるための部材である。ブラケット２２は、背面部３３に固定されている。ブラケット２２は、背面部３３から外側に向かって立設した２つの取付部２２ａを有している。それぞれの取付部２２ａは、板状の部材であり、掘削バケット９の幅方向に対して垂直向きに配置されている。また、２つの取付部２２ａは、図５に示すように間隔Ｗを空けて対向して設けられている。この間隔をブラケット幅Ｗとする。それぞれの取付部２２ａには、第１孔３８と第２孔３９とが形成されている。第１孔３８には、ブラケット２２をアームに取り付けるための取付ピン（図示せず）が通される。第２孔３９は、第１孔３８の底面部３２側に形成されており、ブラケット２２をバケットシリンダ１２（図１参照）に取り付けるための取付ピン（図示せず）が通される。
複数のツース２３は、リップ部３５にツースアダプタ２４を介して固定される。ツース２３は、リップ部３５の端部に沿って互いに間隔を隔てて配置されている。ツース２３は、それぞれ側面視において先細りの形状を有する。

（バケット本体２１の構成）
次に、バケット本体２１の形状について詳細に説明する。なお、掘削バケット９の構成の説明では、図３に示す状態においてツース２３の先端側を「前」、第１孔３８側を「後」と呼ぶものとする。

上述した底面部３２は、第１曲面部４１と第２曲面部４２とを有する。第１曲面部４１は、前面部３１とつながっている。従って、前面部３１は、第１曲面部４１とリップ部３５との間に位置している。
第１曲面部４１は、側面視において所定の第１曲率半径Ｒ１で湾曲した形状を有する。第１曲面部４１の曲率半径の中心Ｏ１は、バケット本体２１の外側に位置している。また、側面視において、中心Ｏ１は、図３に示す状態において、第１孔３８の中心よりも上方且つ後方に位置している。第２曲面部４２は、第１曲面部４１よりも背面部３３側、すなわち後側に位置しており、第１曲面部４１とつながっている。第２曲面部４２は、側面視において所定の第２曲率半径Ｒ２で湾曲した形状を有する。第２曲率半径Ｒ２は、第１曲率半径Ｒ１より小さい。第２曲面部４２の曲率半径の中心Ｏ２は、バケット本体２１の内側に位置している。

ここで、側面視において、ブラケット２２の第１孔３８の中心Ｑ１とリップ部３５の先端Ｑ２とを結んだ仮想線Ｓ１（仮想線の一例）の長さをリスト半径Ｖとする。より詳しくは、先端Ｑ２は、リップ部３５の内側平面３５ａの先端である。また、側面視において、リップ部３５の内側平面３５ａを含む仮想平面を基準平面Ｓ３とする。側面視において、この基準平面Ｓ３とリスト半径Ｖの成す角度をリップ角θとする。

また、側面視において、リップ部３５側に位置する第１曲面部４１の端部、すなわち、前面部３１と第１曲面部４１との接続部Ｐ１において第１曲面部４１と接しており、孔３８の中心からツース２３の先端までの掘削径Ｓ５（図３参照）の長さの曲率半径で湾曲した形状を有する仮想曲面を基準曲面Ｓ２とする。また、図３に示すように、仮想線Ｓ１が水平に配置され且つ底面部３２が仮想線Ｓ１より下方に位置した状態を「水平状態」と呼ぶ。
本実施の形態では、側面視において、第１曲面部４１は、基準曲面Ｓ２に沿って配置される。図３に示すように、側面視において、第１曲面部４１と第２曲面部４２との接続部Ｐ２は、水平状態において底面部３２のうち最も下方に位置する部分Ｐ３よりも前側すなわち前面部３１側に位置する。従って、水平状態において底面部３２のうち最も下方に位置する部分Ｐ３は、第２曲面部４２に含まれる。すなわち、本実施形態に係る掘削バケット９は、図７において後述する比較例１に係る掘削バケット１０９と比べて第１曲面部４１が大きくなっているが、第２曲面部４２が過度に小さくされることなく大きく確保されている。このため、バケット本体２１内に土砂が流れ込みやすくなる。

また、仮想線Ｓ１から部分Ｐ３に向かって垂直に下ろした仮想線Ｓ４（第２仮想線の一例）の長さをバケット深さＤとする。いいかえると、仮想線Ｓ４は、側面視において、仮想線Ｓ１に対して垂直な仮想線Ｓ１から底面部３２までの線分のうち最も長い線分といえる。
図４に示すように、側面視において、前面部３１の長さは、リップ部３５に沿った方向における第１曲面部４１の長さよりも小さい。具体的には、リップ部３５に沿った方向における前面部３１の長さＬ１は、リップ部３５に沿った方向における第１曲面部４１の長さＬ２よりも小さい。このため、リップ部３５を短くすることができる。リップ部３５は強度を高くするために前面部３１よりも厚く形成されるため、リップ部３５が長いほど製造コストが高くなる。従って、リップ部３５を短くできることで、製造コストを低減することができる。また、板材をロール加工することによって底面部３２を形成する場合には、ロール加工を施さない部分をそのまま前面部３１として利用することができる。このため、材料の歩留まりを向上させることができる。

また、リップ部３５に沿った方向における前面部３１の長さＬ１は、リップ部３５に沿った方向におけるリップ部３５とツース２３との長さＬ３よりも小さい。リップ部３５に沿った方向における前面部３１の長さは、第２曲率半径Ｒ２よりも小さい。また、図３に示すように、水平状態において、前面部３１と第１曲面部４１との接続部Ｐ１は、第２曲面部４２の曲率半径の中心Ｏ２よりも高い位置に位置している。

図３に示すように、側面視において、仮想線Ｓ１と背面部３３との成す角δは鈍角である。水平状態において、背面部３３は、下側ほど後方に位置するように傾斜している。背面部３３の上部は、第１孔３８よりも前側に位置しており、背面部３３の下部は、第１孔３８の下方に位置している。このため、水平状態において、バケット本体２１の内側の空間が、下側ほど後側に広がった形状となる。このため、バケット本体２１内において後側の空間が広く確保される。このため、掘削バケット９の容量を大きくすることができる。

又、図５に示すように、掘削バケット９の上端の幅をバケット幅Ｚとし、掘削バケット９の底面部の幅をバケット底幅Ｙとする。

又、上述したリップ角θは、以下の（数１）式を満たす。
［数１］
６２°≦θ≦７２°

上記バケット深さＤとリスト半径Ｖの比Ｄ／Ｖは、以下の（数２）を満たす。
［数２］
０．７≦Ｄ／Ｖ≦０．８

上記掘削バケット９の容量をＶ（ｍ³）とすると、バケット容量Ｖ（ｍ³）とブラケット幅Ｗ（ｍ）の関係Ｖ／Ｗは、以下の（数３）を満たす。
［数３］
６≦Ｖ／Ｗ≦１１

上記バケット深さＤと上記バケット幅Ｚの比Ｄ／Ｚは、以下の（数４）を満たす。
［数４］
０．７３≦Ｄ／Ｚ≦０．８３

上記リスト半径Ｖと第１曲率半径Ｒ１との比（以下、「リスト半径比」と呼ぶ）Ｒ１／Ｖは、以下の（数５）を満たす。
［数５］
０．６５≦Ｒ１／Ｖ≦１．２
例えば、Ｒ１＝１８００ｍｍ、Ｖ＝１６０８ｍｍであり、この場合、Ｒ１／Ｖ＝１．１２である。
次に、本実施の形態に係る掘削バケット９の特徴を比較例にかかる掘削バケットと比較して説明する。

（掘削バケットの掘削抵抗）
本実施の形態に係る掘削バケット９では、第１曲面部４１は、基準曲面Ｓ２に沿って配置される。基準曲面Ｓ２は、掘削時におけるツース２３先端の軌跡に近似した曲面である。このため、第１曲面部４１が、基準曲面Ｓ２に沿って配置されることにより、底面部３２と地面との接触圧を低減することができる。

図６に、アーム８（図１参照）を移動させながら本実施の形態に係る掘削バケット９を移動させて掘削を行うときの掘削バケット９の軌跡を示す。図中の矢印は、掘削バケット９の進行方向を示している。破線Ｇ１は地面を示している。二点鎖線Ｔ１は、ツース２３先端の軌跡Ｔ１を示している。ここで、掘削バケット９が地中に侵入しておらず、ツース２３の先端が地面に接触した状態（図６における（Ａ）の状態）からツース２３が地中に侵入し（図６における（Ｂ）の状態）、ツース２３が地中において水平な姿勢となった状態（図６における（Ｃ）の状態）までの掘削バケット９の動作を「貫入」と呼ぶ。また、ツース２３が地中に侵入して水平な姿勢となった状態（図６における（Ｃ）の状態）から、ツース２３の先端が地上に現れている状態（図６における（Ｄ）の状態）までの掘削バケット９の動作を「掘削」と呼ぶ。

掘削でのアーム８の振れ幅は、移動後の第１孔３８の位置が、移動前のツース２３先端の位置を越えない程度の大きさであるものとする。図３及び図６に示されているように、本実施の形態に係る掘削バケット９では、底面部３２は、（Ｄ）の状態において、ツース２３の先端の軌跡Ｔ１に沿っている。このため、本実施形態に係る掘削バケット９では、掘削時において、掘削バケット９の底面部３２と地面との接触圧を低減することができ、掘削抵抗を低減することができる。

図７は、比較例１に係る掘削バケット１０９の側面図である。比較例に係る掘削バケット１０９は、本実施形態に係る掘削バケット９と同じ長さのリスト半径Ｖ（第１仮想線Ｓ１０１の長さ）を有する。ただし、第１曲面部１４１の曲率半径Ｒ１０１は、リスト半径Ｖよりも小さく、側面視において、第１曲面部１４１の曲率半径Ｒ１０１の中心Ｏ１０１は、掘削バケット１０９の内側に位置しており、上述した式（数５）を満たさない。

また、側面視において、比較例に係る掘削バケット１０９の前面部１３１の長さＬ１０１は、本実施の形態に係る掘削バケット９の前面部３１の長さＬ１よりも長い。比較例に係る掘削バケット１０９では、前面部１３１の長さＬ１０１が、リップ部１３５に沿った方向における第１曲面部１４１の長さＬ１０２よりも長くなっている。
なお、前面部１３１と第１曲面部１４１とは接続部Ｐ１０で接続されている。第１曲面部１４１と第２曲面部１４２とは接続部Ｐ２０において接続されている。また、水平状態において底面部１３２のうち最も下方に位置する部分Ｐ３０は、第２曲面部１４２に含まれている。

次に、上述した比較例１に係る掘削バケット１０９について、アーム８を移動させながら掘削バケット１０９を移動させたときの掘削バケット１０９の軌跡を図８に示す。掘削（図８における（Ｃ）の状態から（Ｄ）の状態までの動作）でのアーム８の振れ幅は、図６と同じである。図８において、二点鎖線Ｔ１０１は、ツース２３先端の軌跡Ｔ１０１を示している。図８に示されているように、比較例１に係る掘削バケット１０９では、（Ｄ）の状態において、底面部１３２の一部がツース１２３先端の軌跡Ｔ１０１よりも下方に突出している。従って、比較例１に係る掘削バケット１０９では、掘削時において、掘削バケット１０９の底面部１３２と地面との接触圧が大きくなり、掘削抵抗が大きくなってしまう。尚、突出している部分がＭで示されている。

このように、比較例１と比べて本実施の形態の掘削バケット９では、掘削時において、掘削バケット９の底面部３２と地面との接触圧を低減することができ、掘削抵抗を低減することができる。

（掘削バケットの壁面抵抗力及び押し込み量）
次に、本実施の形態の掘削バケットの壁面抵抗力と押し込み力について例をあげて以下に説明する。
図９は、リップ部３５が水平状態になるように配置された本実施の形態の掘削バケット９の側面図である。本実施の形態の一例である実施例１の掘削バケットでは、図９に示す掘削バケット９におけるリップ角θが６４°、リスト半径Ｖが１７７１ｍｍ、バケット深さＤが１２３４ｍｍ、第１曲率半径Ｒ１が１８００ｍｍ、第２曲率半径Ｒ２が６５０ｍｍに設定され、バケット容量Ｖが３．６ｍ³である。

ここで、仮想線Ｓ１の長さ（リスト半径Ｖ）の０．２７倍の長さ（すなわち０．２７Ｖ）分、リップ部３５の先端から仮想線Ｓ１に沿った部分をＦとする。そして、Ｆを通る水平線と底面部３２が交わる点をＧ６とする。また、リップ部３５の先端部分をＧ１とする。このＧ１は、Ｑ２と同じ位置であり、リップ部３５の内側の平面部の先端である。Ｇ１を通る水平線と、Ｇ６を通る水平線の幅Ｈを５等分し、５等分したそれぞれの水平線と底面部３２との交わる点をＧ１側から順にＧ２，Ｇ３，Ｇ４，Ｇ５とする。このＧ１からＧ６までの領域を掘削領域とする。図９中の拡大図（二点鎖線の円内参照）に示すように、この各点Ｇ１〜Ｇ６に矢印Ｊ方向に力を付加した際の壁面に生じる反力の鉛直方向の成分を壁面抵抗力ｋ１とし、水平方向の成分ｋ２を押し込み力とした。

次に、比較例２の掘削バケット１００９についても掘削領域のＧ１〜Ｇ６のポイントにおける壁面抵抗力及び押し込み力の検討を行った。ここで、図１０は、比較例２に係る掘削バケット１００９の側面図である。比較例２に係る掘削バケット１００９は、上記（数５）は満たしているが、リップ角θが６２°よりも小さく形成されており、上記（数１）を満たしていない。

図１０に示す掘削バケット１００９は、バケット本体１０２１と、リップ部１０３５と、ツースアダプタ１０２４と、ブラケット１０２２と、複数のツース１０２３とを備える。バケット本体１０２１は、前面部１０３１と、底面部１０３２と、背面部１０３３と、一対の側面部１０３４と、を有する。底面部１０３２は、第１曲面部１０４１と第２曲面部１０４２とを有する。第１曲面部１０４１は、前面部１０３１とつながっている。ブラケット１０２２には、アームを取り付けるための孔１０３８，１０３９が設けられている。また、図１０には、水平状態において最も下方に位置する部分Ｐ１００３と、第１曲面部１０４１と第２曲面部１０４２の接続部Ｐ１００２と、前面部１０３１と第１曲面部１０４１の接続部Ｐ１００１が示されている。この比較例２の掘削バケット１００９は、バケット容量が２．１ｍ³であり、バケット深さは１０２１ｍｍに設定されている。又、比較例２のリップ角θは５２°に形成されている。

図１１は、比較例２の掘削バケット１００９を、リップ部１０３５が水平になるように配置した側面図である。図１１に示すように、図９と同様に比較例２の掘削バケット１００９についても掘削領域を設定し、Ｇ１〜Ｇ６のポイントを定めた。
更に、図１２に示す比較例３の掘削バケットについても同様に検討を行った。図１２に示す比較例３に示す掘削バケット２００９は、実施の形態の掘削バケット９と異なり、側面視において底面部２０３２が所定の曲率半径Ｒ６を有する１つの曲面部で構成されている。掘削バケット２００９は、バケット本体２０２１と、リップ部２０３５と、ツースアダプタ２０２４と、ブラケット２０２２と、複数のツース２０２３とを備える。バケット本体２０２１は、前面部２０３１と、底面部２０３２と、背面部２０３３と、一対の側面部２０３４と、を有する。底面部２０３２は、Ｏ２００２を中心とする曲率半径Ｒ６の曲面部によって構成されている。ブラケット２０２２には、アームを取り付けるための孔２０３８，２０３９が設けられている。また、図１２には、前面部２０３１と底面部２０３２の接続部Ｐ２００１が示されている。

この比較例３の掘削バケット２００９では、リップ角θが５４°、バケット深さＤが１４３５に設定されている。
この比較例３の掘削バケット２００９に対しても掘削領域のＧ１〜Ｇ６のポイントにおける壁面抵抗力及び押し込み力の検討を行った。
図１３は、実施例１，比較例２，比較例３におけるＧ１〜Ｇ６のポイントの壁面抵抗指数のグラフを示す図である。図１３では、実線が実施例１を示し、点線が比較例２を示し、一点鎖線が比較例３のデータを示している。尚、図１３に示す壁面抵抗指数は、矢印Ｊ方向に付加する力を１００としたときの変化度合いを示す。

図１４は、実施例１，比較例２，比較例３におけるＧ１〜Ｇ６のポイントの押し込み力指数のグラフを示す図である。図１４では、実線が実施例１を示し、点線が比較例２を示し、一点鎖線が比較例３のデータを示している。尚、図１４に示す押し込み力指数は、矢印Ｊ方向に付加する力を１００としたときの変化度合いを示す。
図１３及び図１４に示すように、比較例３では、Ｇ２において壁面抵抗力が急に大きくなっており、Ｇ４において、押し込み力がゼロになっている。そのため、Ｇ５、Ｇ６では、押し込み力が反転して抵抗となる。

一方、（数５）を満たす実施例１及び比較例２では、壁面抵抗力及び押し込み力ともに滑らかに変化しており、好適である。
このように、本実施の形態の掘削バケット９では、底面部３２が第１曲面部４１及び第２曲面４２を有することにより、底面部が１つの曲面部で構成される比較例７と比べて、壁面抵抗力及び押し込み力ともに滑らかに変化しており好適である。
すなわち、本実施の形態の掘削バケット９は、（数５）を満たすことにより好適な壁面抵抗及び押し込み力を得ることが出来る。

（掘削バケットのリップ角θ）
図１５は、本実施の形態の一例としてリップ角を６２度以上にした掘削バケットと、比較例２の掘削バケットを重ねて示した図である。本実施の形態の一例の掘削バケット９が実線で示されており、比較例２の掘削バケット１００９が二点鎖線で示されている。また、比較例２の掘削バケット１００９における基準平面がＳ１００３と示されており、リスト半径を示す仮想線がＳ１００１で示されている。また、比較例のバケット深さを示す仮想線がＳ１００４で示されている。

図１５に示すように、本実施の形態の一例の掘削バケット９のリップ角θ１は、比較例２の掘削バケット１００９のリップ角θ１００１よりも大きく形成されている。このため、本実施の形態の一例の掘削バケット９は、比較例２の掘削バケット１００９に比べて底面部３２の湾曲が大きくなり、仮想線Ｓ４，Ｓ１００４に示すようにバケット深さＤを深くすることが出来る。従って、本実施の形態の一例の掘削バケット９では、比較例２の掘削バケット１００９とバケット幅Ｚ及びバケット底幅Ｙが同じであっても、バケット容量Ｖを増大することが出来る。
ここで、下記（表１）に示すように、本実施の形態の実施例２として掘削バケット９のリップ角を６２°に形成した場合、バケット容量を２．３ｍ³とすることが出来る。一方、比較例４として、リップ角を５８，９°に形成した場合、パケット容量Ｖは２．１ｍ³となる

このように、リップ角θを６２°以上に設定することによって従来の掘削バケットよりもバケット容量を増大することが可能となる。

次に、リップ角θを６２°から順に大きく形成した場合について説明する。実施例３，４，５の掘削バケットとしてリップ角θを６８°，７０°，７２°としたもの、及び比較例５，６，７の掘削バケットとしてリップ角θを６４°，７６°，７８°としたものを用いた。それぞれの掘削バケットについて、図６及び図８で示したようなアーム８（図１参照）を移動させながら掘削バケットを移動させた場合の出っ張り量と、掘削抵抗指数について以下の（表２）に示す。尚、下記の掘削溝深さとは、地面を掘削した際の地表面から最も深い位置までの深さのことである。又、出っ張り量は、図８で示したＭの部分のように軌跡Ｔ１０１から出っ張っている量のことである。

又、この表２の結果をグラフにして図１６に示す。掘削抵抗指数は、出っ張りがないときの掘削抵抗を１００としたときの掘削抵抗の変化度合いを示す。図１６に示すように、リップ角θが７２°よりも大きくなると、出っ張りが出現し、掘削抵抗指数が大きくなることが分かる。
このことから、本実施の形態の掘削バケット９のように、リップ角θを７２°以下に設定することによって掘削抵抗の増大を防ぐことが出来ることがわかる。
以上のように、本実施の形態では、（数５）を満たし、更に（数１）を満たすことにより、良好な壁面抵抗及び押し込み力を有し、出っ張りを出現させず、掘削抵抗の増加を生じず、バケット容量を増加することが出来る。

（他の実施例）
次に、上記実施の形態で述べた掘削バケット９の各寸法について、上記（数１）〜（数５）の全てを満たす寸法の具体例を挙げる。
（実施例６）
リップ角θを６３．４°、リスト半径Ｖを１６０８ｍｍ、バケット深さＤを１１５１ｍｍ、ブラケット幅Ｗを３７１ｍｍ（０．３７１ｍ）、バケット幅Ｚを１５６０ｍｍ、第１曲率半径Ｒ１を１８００ｍｍと設定し、バケット容量Ｖを２．３ｍ³とすることが出来る。尚、このとき、第２曲率半径Ｒ２を４００ｍｍと設定し、バケット底幅Ｙを１２７１ｍｍと設定することが出来る。

（実施例７）
リップ角θを７０．７°、リスト半径Ｖを２１５７ｍｍ、バケット深さＤを１４２４ｍｍ、ブラケット幅Ｗを３７１ｍｍ（０．３７１ｍ）、バケット幅Ｚを１７１５ｍｍ、第１曲率半径Ｒ１を１７００ｍｍと設定し、バケット容量Ｖを３．９ｍ³とすることが出来る。尚、このとき、第２曲率半径Ｒ２を５００ｍｍと設定し、バケット底幅Ｙを１３７３ｍｍと設定することが出来る。

＜特徴＞
（１）
上記実施の形態の掘削バケット９は、図３に示すように、油圧ショベル１００のアーム８に取り付けられる掘削バケット９であって、バケット本体２１と、リップ部３５と、ブラケットと切刃部とを備える。バケット本体２１は、側面視において曲率半径の異なる２つの曲面部４１、４２を持つ底面部３２と、底面部３２に繋がっている背面部３３と、底面部３２と背面部３３とに囲まれた空間の側方を覆う一対の側面部３４と、を有する。リップ部３５は、バケット本体２１において背面部３３の反対側に位置する縁部に固定される。ブラケット２２は、アーム８に取り付けるための取付ピンが通される孔３８を有し、背面部３３に固定される。ツース２３（切刃部の一例）は、リップ部３５に固定される。側面視において、ブラケット２２の孔の中心とリップ部３５の先端とを結んだ仮想線Ｓ１の長さをリスト半径とする。側面視において、仮想線Ｓ１に対して垂直な仮想線から底面部３２までの線分のうち最も長い線分を第２仮想線Ｓ４とし、その長さをバケット深さとする。側面視において、リップ部３５と仮想線Ｓ１によって形成される角の大きさをリップ角とする。リスト半径をＶ、バケット深さをＤ、リップ角をθとした場合、６２°≦θ≦７２°及び０．７≦Ｄ／Ｖ≦０．８を満たす。

リップ角θを６２°以上にすることで、底面部の湾曲を大きくし、バケット深さを深くすることが出来るため、従来の掘削バケットと同じ幅であっても容量の増大化を図ることが出来る。このように掘削バケット９の幅を変更せずに容量を増やすことが出来るため、アーム８への負担を抑制しつつ、容量の増加を図ることが可能となる。
また、掘削の際に掘削バケット９はブラケット２２の孔３８を中心として回動するが、リップ角θを７２°よりも大きくした場合、ツース２３の先端の軌跡よりも底面部３２が下方に突出し掘削抵抗が大きくなる。更に、リップ角θを７２°よりも大きくすると底面部の湾曲が大きくなるため、掘削した土の排土性を確保し難くなる場合がある。

本実施の形態の掘削バケット９では、リップ角θを７２°以下とすることによって、図６に示すように、ツース２３の先端の軌跡よりも底面部３２が下方に突出しないようにすることが可能となり、掘削抵抗を低減することが出来る。更に、本実施の形態の掘削バケット９は、排土性も確保することが出来る。
また、リップ角θを調整することによって従来よりもバケット容量の増大化を図っているため、本実施の形態の掘削バケットは、従来の掘削バケットとリスト半径を同じ長さに設定することが出来る。リスト半径によって油圧ショベルの本体側の制御値が設定されているため、制御値を変更することなく、容易に本実施の形態の掘削バケットに付け替えることが出来る。

更に、バケット深さＤ／リスト半径Ｖを０．７以上とすることによってバケット深さＤがより深くなり、従来よりも容量の増大化を図ることが出来る。一方、バケット深さＤ／リスト半径Ｖが０．８よりも大きくなると、リスト半径Ｖに対してバケット深さＤが深くなりすぎ排土性が確保し難くなる場合や、掘削抵抗が大きくなる場合がある。このため、バケット深さＤ／リスト半径Ｖを０．８以下とすることにより掘削抵抗を低減しつつ排土性を確保することが出来る。

（２）
上記実施の形態の掘削バケット９は、掘削バケットの幅（バケット幅）をＺとした場合、０．７３≦Ｄ／Ｚ≦０．８３が満たされる。
バケット深さ／バケット幅の値が大きくなると、バケット幅に対するバケット容量を大きくすることができる。すなわち、バケット深さ／バケット幅の値を０．７３以上とすることで、従来の掘削バケットと同一の幅であっても従来よりもバケット容量を大きくすることが出来る。また、バケット深さ／バケット幅の値を０．８３よりも大きくすると、バケット幅に対するバケット深さが深くなりすぎ排土性が確保し難くなる場合や、掘削抵抗が大きくなる場合がある。そのため、バケット深さ／バケット幅の値を０．８３以下とすることにより掘削抵抗を低減しつつ排土性を確保することが出来る。

（３）
上記実施の形態の油圧ショベル（作業車両の一例）は、車両本体１と、車両本体１に付けられるブーム７と、ブーム７に取り付けられるアーム８と、アーム８に取り付けられる掘削バケット９と、を備える。
これにより、掘削バケットの幅を変更せずに容量を増やすことが出来るため、アーム８への負担を抑制しつつ、容量の増加を図ることが可能となる。

＜他の特徴＞
尚、上記実施の形態の掘削バケット９では、図５に示すようにブラケット２２は、背面部３３から外側に向けて突出するように形成された２つの対向する取付部２２ａを有している。２つの取付部２２ａの間にアーム８の先端が取り付けられている。２つの取付部２２ａの間隔をブラケット幅とし、ブラケット幅をＷ（ｍ）、掘削バケットの容量をＶ（ｍ³）とした場合、６≦Ｖ／Ｗ≦１１を満たしている。

ブラケット幅Ｗは油圧ショベルの大きさによって決まっており、バケット容量／ブラケット幅の値が６以上となることにより、従来よりも容量の大きい掘削バケットを油圧ショベルに取り付けることが出来る。又、バケット容量／ブラケット幅の値が１１よりも大きくする場合、バケット幅を一定の幅に保つと、バケット深さが深くなりすぎ排土性が確保し難くなる場合や、掘削抵抗が大きくなる場合がある。そのため、バケット容量／ブラケット幅の値を１１以下とすることにより掘削抵抗を低減しつつ排土性を確保することが出来る。

本発明の掘削バケットは、アームへの負担を抑制しつつ、容量の増加を図ることが可能な効果を有し、油圧ショベル等の作業車両として有用である。

１ 車両本体
７ ブーム
８ アーム
９ 掘削バケット
２１ バケット本体
２２ ブラケット
２２ａ 取付部
２３ ツース（切刃部の一例）
２４ ツースアダプタ
３１ 前面部
３２ 底面部
３３ 背面部
３４ 側面部
３５ リップ部
３８ 第１孔（孔の一例）
３９ 第２孔
４１ 第１曲面部
４２ 第２曲面部
１００ 油圧ショベル（作業車両の一例）

Claims (3)

1. 作業車両のアームに取り付けられる掘削バケットであって、
   側面視において曲率半径の異なる２つの曲面部を持つ底面部と、前記底面部に繋がっている背面部と、前記底面部と前記背面部とに囲まれた空間の側方を覆う一対の側面部と、を有するバケット本体と、
   前記バケット本体において前記背面部の反対側に位置する縁部に固定されるリップ部と、
   前記アームに取り付けるための取付ピンが通される孔を有し、前記背面部に固定されるブラケットと、
   前記リップ部に固定される切刃部と、
   を備え、
   側面視において、前記ブラケットの前記孔の中心と前記リップ部の先端とを結んだ第１仮想線の長さをリスト半径とし、
   側面視において、前記第１仮想線に対して垂直な前記第１仮想線から前記底面部までの線分のうち最も長い線分を第２仮想線とし、その長さをバケット深さとし、
   側面視において、前記リップ部と前記第１仮想線によって形成される角の大きさをリップ角とし、
   前記リスト半径をＶ、前記バケット深さをＤ、前記リップ角をθとした場合
   ６２°≦θ≦７２°及び０．７≦Ｄ／Ｖ≦０．８を満たす、
   掘削バケット。
2. 前記掘削バケットの幅をＺとした場合、
   ０．７３≦Ｄ／Ｚ≦０．８３を満たす、
   請求項１に記載の掘削バケット。
3. 車両本体と、
   前記車両本体に取り付けられるブームと、
   前記ブームに取り付けられるアームと、
   前記アームに取り付けられる請求項１又は２に記載の掘削バケットと、
   を備える作業車両。

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