JP6034984B2 - バケットおよびこれを備えた作業車両 - Google Patents

Description

本発明は、バケットおよびこれを備えた作業車両に関する。

従来、ホイールローダ等の作業車両には、作業機を構成するバケットが設けられている。このようなバケットの断面として、所定のバケット半径により円弧状に湾曲した中間部分と、中間部分の下側からその円弧の接線方向に直線状に延設された底部部分と、中間部分の上側からその円弧の接線方向に直線状に延設された上部部分とを有する形状のものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特表２０１３−５２６６６４号公報

しかしながら、従来のバケットにおいては、堆積された山あるいは地山などに対してすくい込み作業や掘削作業を行う場合、対象物の種類、大きさ（粒径）等によっては、バケット奥側の中間部分に押し込まれて溜まった対象物が、さらに押し込まれてくる対象物の受入れを阻害し、バケットのすくい込みが滑らかに行われず、作業量（生産量）を確保できないという問題がある。

そこで、このような問題を解決するために、バケット奥側の断面形状として、より大きなバケット半径を採用し、バケットの奥側での容量を増やすことが考えられる。
しかし、単にバケットの容量を大きくしたのでは、ホイールローダの走行姿勢時にバケットとその後側、つまりバケットに対して車体後方側に近接するブームとが干渉することとなり、容量を増やすには限界がある。また、そのような干渉を避けようとしてバケットを前方に配置させると、バケットの奥行きが浅くなって容量の増加が望めない。

一方、作業量が十分に確保されている場合には、それに伴って掘削距離を延ばすことが可能であるが、延びた掘削距離の全域でバケットを安定して突入させることが要求され、その解決が望まれる。

本発明の目的は、作業量を確保でき、かつすくい込み作業や掘削作業を安定して維持できるバケットおよびこれを備えた作業車両を提供することにある。

本発明のバケットは、下部前端縁が一直線状に設けられたバケットであって、前記下部前端縁からバケット奥側に向かって水平に延出した第１直線部と、前記第１直線部の後端縁に連続してバケット奥側に向かってさらに延出し、当該バケット奥側に向かって上向きに傾斜した傾斜部と、前記傾斜部の後端縁に下端縁で連続し、所定のバケット半径で形成された曲面部と、前記曲面部の上端縁に連続し、バケット間口に向かって上向きに傾斜した第２直線部と、前記第２直線部の前端縁に対して折曲部を介してバケット間口側に折曲し、当該バケット間口に向かってさらに延出した第３直線部とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、曲面部を形成するバケット半径として、従来よりも大きいものを採用する。
そして、バケット半径をより大きくして曲面部を形成し、その曲面部よりもバケット間口側（前側）に傾斜部を設けることで、すくい込み作業時や掘削作業時には、バケットを突入させるに従って、バケット内に押し込まれて傾斜部から曲面部に至る対象物をさらに滑らせて、当該曲面部をせり上がるようにバケット奥側で巻き上げることができる。このため、さらなる対象物が押し込まれても、その押込が阻害されることがない。

また、バケット奥側に位置する曲面部は、そのバケット間口側に傾斜部を設けることで上方に位置することになるから、大きなバケット半径を採用したにもかかわらず、バケット下部側でのバケット容量が犠牲になるが、本発明では、その分を第２、第３直線部および折曲部で形成される膨出部分、すなわちバケットの上部側で補うことができる。従って、バケット間口の開口部分の上方向の大きさを変えず、バケットの容量を確保でき、大きなバケット半径により、バケット間口の上部側からバケット内への対象物の流れ込みをも促進できる。

以上により、大きなバケット半径にすることで、対象物をバケット奥側に押し込みやすくし、本来有するバケット容量を確保でき、作業量を十分に確保できる。

さらに、バケット間口側に第１直線部を設けることにより、すくい込み作業あるいは掘削作業時にバケットを突入させた際、バケットを水平に真っ直ぐ突入させることができ、すくい込み作業や掘削作業を安定して維持できる。
なお、バケット奥側に位置する曲面部が第１直線部および傾斜部よりも上方に位置することにより、大きなバケット半径を採用しても、曲面部の位置が後方にはみ出すことがないから、走行姿勢にあっても、ブーム等との干渉を避けることができる。

本発明のバケットにおいて、前記第１直線部は、前記下部前端縁を含んで形成された板状取付部と、前記板状取付部の後端縁に連続した板状底部とを備えて構成されるか、または前記板状取付部のみで構成されることが好ましい。

本発明のバケットにおいて、前記傾斜部の前記第１直線部との成す角度は４°以上であることが好ましい。
本発明のバケットにおいて、前記第１直線部の水平方向の長さと、前記下部前端縁から前記曲面部のバケット奥側に向かって最も膨出した位置までの水平方向の長さとの比は、０．３ないし０．５であることが好ましい。
本発明のバケットにおいて、上側表面部分には、当該上側表面部分を補強する補強部材が設けられ、前記折曲部は、前記補強部材よりもバケット奥側の位置に設けられていることが好ましい。

一方、本発明の作業車両は、以上に記載のいずれかのバケットを備えることを特徴とする。
本発明の作業車両において、車体フレームと、前記バケットおよび車体フレームを連結するブームとを備え、走行姿勢状態では、前記バケットとブームとの距離は、前記折曲部で最小となることが好ましい。

本発明の一実施形態に係る作業車両を示す側面図。 作業車両に搭載されたバケットを示す全体斜視図。 バケットを示す断面図。 走行姿勢状態でのバケットとブームとの位置関係を示す断面図。 本発明の変形例を示す断面図。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態に係る作業車両としてのホイールローダ１を示す側面図である。なお、各図においては、ホイールローダ１の運転姿勢にあるオペレータを基準として、車体前後方向を単に前後方向といい、車体幅方向を左右方向といい、車体上下方向を単に上下方向という。また、バケット奥側とは、バケット間口を基準として後方側をいう。

［ホイールローダの概略説明］
図１において、ホイールローダ１は、鋼製の車両本体２を備えている。車両本体２は、後部車体フレームと、後部車体フレームに対して左右方向に屈折自在な車体フレームとしての鋼製の前部車体フレーム２１とを備えている。後部車体フレームには、キャブ４、走行装置５、および動力部６が搭載されている。前部車体フレーム２１の前方側には、作業機３が支持されている。

作業機３について詳説すると、作業機３は、前部車体フレーム２１に枢軸されるブーム３１と、このブーム３１に上下に枢軸されるバケット３２と、ブーム３１の中間部分にブーム３１に枢軸されるベルクランク３３とを備えている。

ブーム３１は、左右に一対配置され、前部車体フレーム２１に対して上下に回動自在に枢軸されている。このブーム３１の中間部には、リフトシリンダ（図示略）が枢軸され、リフトシリンダの基端部分は、前部車体フレーム２１に枢軸されている。そして、このリフトシリンダを油圧によって伸縮させることにより、ブーム３１が上下に回動するようになっている。

バケット３２は、掘削土等の対象物Ｗ（図３）を積み込む部分である。バケット３２は、ブーム３１との枢軸位置よりも上部にリンク（図示略）が枢軸されており、リンクの他端側はベルクランク３３の下端部に枢軸されている。

ベルクランク３３は、一対のブーム３１の間に枢軸され、下端は前記リンクの基端部分が接続されている。ベルクランク３３の上端には、バケットシリンダ３４が枢軸され、このバケットシリンダ３４の基端部分は、前部車体フレーム２１に枢軸されている。

そして、発破後の岩塊が堆積された山や地山に、バケット３２を地表ＧＬに擦る程度に位置させた状態で突入させる（図３中の白抜き矢印は突入方向を示す）。そして、リフトシリンダを伸ばすと、バケット３２内に対象物Ｗ（図３）が積み込まれた状態でブーム３１が上方に回動して、すくい込み作業や掘削作業を行うことができる。

さらに、バケット３２が上方に位置した状態で、バケットシリンダ３４を縮めると、ベルクランク３３の上端部分が車両本体２側に回動し、ベルクランク３３の下端部分が車両前方側に回動する。すると、リンクによってバケット３２の上部が車両前方側に押され、これによりバケット３２が回動して、バケット３２内に積み込まれた対象物Ｗをダンプさせることができる。

［バケットの具体的な説明］
図２は、バケット３２を示す全体斜視図、図３は、バケット３２の側断面を示す断面図であり、底面４３Ｇを水平にした状態が示されている。
図２、図３において、バケット３２は、下部前端縁４３Ｆが一直線状に設けられた平刃形状を有するバケットであって、バケット間口の下部側から上部側にかけて連続して設けられた主板部４１と、主板部４１の左右両側を覆う一対の側板部４２とを備え、側板部４２の下部側には、図示しないサイドエッジガードを取り付けることが可能である。

主板部４１は、下部前端縁４３Ｆからバケット奥側に向かって水平に延出した第１直線部４３と、第１直線部４３の後端縁４３Ｂに連続してバケット奥側に向かってさらに延出し、当該バケット奥側に向かって上向きに傾斜した平坦面からなる傾斜部４４と、傾斜部４４の後端縁４４Ｂに下端縁４５Ｌで連続し、所定のバケット半径Ｒで形成された曲面部４５と、曲面部４５の上端縁４５Ｕに連続し、バケット間口に向かって上向きに傾斜した第２直線部４６と、第２直線部４６の前端縁４６Ｆに対して折曲部４７を介してバケット間口側に折曲し、当該バケット間口に向かってさらに延出した第３直線部４８とを備える。

これらのうち、第１直線部４３は、下部前端縁４３Ｆを含んで形成された板状取付部４３１と、板状取付部４３１の後端縁４３１Ｂに連続した板状底部４３２とを備えて構成され、底面４３Ｇを有している。板状取付部４３１は、厚板鋼板で左右方向に沿って長尺に形成され、その下面にはボトムガード５１がボルト止めされている。板状底部４３２、傾斜部４４、曲面部４５、第２直線部４６、折曲部４７、および第３直線部４８は、一枚の鋼板にて形成され、板状底部４３２から曲面部４５の途中まではさらに、積層板５２があてがわれて補強されている。

傾斜部４４と第１直線部４３（本実施形態では、第１直線部４３の底面４３Ｇ）との成す角度θは４°以上、好ましくは４°以上、８°以下である。４°よりも小さいと、第１直線部４３から傾斜部４４を通って曲面部４５に押し込まれる対象物Ｗが、傾斜部４４と曲面部４５との間でスムーズに滑動せず、バケット奥側に移動しにくくなる可能性がある。反対に、８°よりも大きいと、バケット３２を対象物Ｗに対して突入させた際の抵抗が大きくなり、快適な作業が行えないうえ、バケット奥側に押し込まれた対象物Ｗがバケット間口側に転がり出やすくなる可能性がある。

曲面部４５のバケット半径Ｒは、従来のバケット半径と比較して大きい。曲面部４５は、傾斜部４４の後側に連続していることで、従来よりも上方に位置している。また、このような曲面部４５の前側に設けられた傾斜部４４は、バケット半径Ｒによって形成される曲面部４５に対して接線方向から連続している。

ここで、第１直線部４３の水平方向の長さＡと、下部前端縁４３Ｆから曲面部４５のバケット奥側に向かって最も膨出した位置までの水平方向の長さＢとの比（Ａ／Ｂ）は、０．３ないし０．５である。

例えば、０．３よりも小さいと、相対的に傾斜部４４の上下方向の高さが高くなり、バケットの突入時の抵抗が増して、快適な操作を実現できなかったり、バケット奥側がより上方に位置することになって、ブーム３１等との干渉により現実的には、バケットを搭載できなかったりする可能性がある。また、０．３よりも小さいと、相対的に第１直線部４３の水平方向の長さＡが短くなり、突入時の安定性を確保できない可能性もある。

反対に、０．５よりも大きいと、相対的に曲面部４５の水平方向の長さが短くなり、大きなバケット半径Ｒを採用できない可能性があるうえ、対象物Ｗの押込がスムーズに行えないなど、この点でも快適な操作が望めない可能性がある。また、０．５よりも大きいと、相対的に長さＡが大きくなることで、バケットの突入時の抵抗が増す。

第２直線部４６の背面には、ストッパ５３が設けられている。ストッパ５３は、後述する走行姿勢にて、ブーム３１に意図的に当接させる部材である。こうすることで、走行中におけるバケット３２のがたつきや、ブーム３１、ベルクランク３３、その他のリンクの連結部分でのがたつきを抑制し、騒音が少なく、かつ安定した走行を実現している。

折曲部４７は、バケット３２の上側表面部分であって、第３直線部４８の背面を補強する補強部材５４よりもバケット奥側、つまり後側に設けられている。この場合、折曲部４７の存在により、バケット３２の上側表面部分を補強可能であるのに加え、補強部材５４によっても補強可能であるから、当該上側表面部分を広範囲で補強できる。折曲部４７としては、所定の曲げ半径を有して折曲された形状の他、左右に亘る折曲線が生じる程にシャープに折曲された形状であってもよく、その実施にあたって適宜な形状を採用できる。

第３直線部４８の背面には、前出の補強部材５４が設けられている。補強部材５４の前端縁５４Ｆには、バケット間口を上方から覆うようにスピルガード部５５が連続して延設されている。なお、スピルガード部５５は、本実施形態において、バケット３２の主板部４１には含まれない。

第２直線部４６、折曲部４７、および第３直線部４８により本実施形態では、バケット３２の外方側に膨出した膨出部５６が左右方向に連続して形成されている。このような膨出部５６の内部空間は、バケット容量の一部として算定される。すなわち傾斜部４４の後側に設けられた曲面部４５が従来よりも上方に位置することで、バケット３２の下部側でのバケット容量が減少するが、この減少分を補うかたちで膨出部５６が設けられている。

［走行姿勢の説明］
図４には、走行姿勢状態でのバケット３２とブーム３１との位置関係が示されている。
図４において、走行姿勢でのバケット３２は、バケット間口が上方を向くように最大にチルトされ、側板部４２の前端縁４２Ｆが略水平となっている。このような走行姿勢において、バケット３２とブーム３１の先端とが枢軸された連結部５７は、車両本体２の地上高さを越えた位置まで上昇している。そして、走行姿勢では、バケット３２の中でも、折曲部４７を含む第２直線部４６の大部分がブーム３１と最も近接しており、両者間の距離Ｓは最小となる。

そして、このような位置にストッパ５３が配置されている。ストッパ５３の配置位置は、当該ストッパ５３を介してバケット３２を支持するブーム３１でのモーメントを勘案し、適正に決定される。本実施形態では、ストッパ５３の適正な配置位置での距離Ｓが最小となるまで、バケット半径Ｒを可能な限り大きくしている。

また、バケット３２とベルクランク３３とは、第３直線部４８に対応した位置で互いに最も近接する。従って、そのような狭小な空間内に収まるよう、補強部材５４の形状や大きさが決定されている。
なお、図中のバケット３２の曲面部４５の後側に付された符号５７は、前述したようにバケット３２とブーム３１との連結部を示し、符号５８は、ベルクランク３３の下部側とバケット３２とを連結する図示略のチルト用のリンク部材の連結部を示す。

［実施形態の効果］
以上に説明した本実施形態によれば、バケット３２の曲面部４５を形成するバケット半径として、従来よりも大きいものが採用され、その曲面部４５よりもバケット間口側に傾斜部４４が設けられているため、すくい込み作業時や掘削作業時には、バケット３２を突入させるに従って、図３中に２点鎖線および２点鎖線矢印Ｃで示すように、バケット３２内に押し込まれて傾斜部４４から曲面部４５に至る対象物Ｗをさらに滑らせて、当該曲面部４５をせり上がるようにバケット奥側で巻き上げることができる。このため、さらなる対象物Ｗが押し込まれても、その押込が阻害されるのを抑制できる。

また、バケット奥側に位置する曲面部４５は、その前側に傾斜部４４を設けることで上方に位置することになるから、大きなバケット半径Ｒを採用したにもかかわらず、バケット下部側でのバケット容量が犠牲になるのであるが、本実施形態では、その分を第２、第３直線部４６，４８および折曲部４７で形成される膨出部５６、すなわちバケット３２の上部側で補うことができる。従って、大きなバケット半径Ｒを採用して膨出部５６を形成することで、２点鎖線矢印Ｄで示すように、バケット間口の上部側からバケット内への対象物Ｗの流れ込みをも促進できる。

これらのことから、大きなバケット半径Ｒによってバケット容量を増やすのではなく、対象物Ｗをバケット奥側に押し込みやすくすることで、本来有するバケット容量を確実に活かし、作業量を十分に確保できるという効果がある。

さらに、バケット間口側に第１直線部を設けることにより、すくい込み作業あるいは掘削作業時にバケットを突入させた際、バケットを水平に真っ直ぐ突入させることができ、安定した作業を実現できるという効果もある。

そして、本実施形態のバケット３２は、傾斜部４４を滑り落ちたり、転がり落ちたりしにくく、スムーズに曲面部４５に押し込まれるような粒径の対象物Ｗ、例えば、粒径４０mm程度に破砕された対象物Ｗに好適に用いることができる。
また、対象物Ｗの粒径が大きくなると、対象物Ｗがバケット３２内で押し込まれにくくなり、ホイールローダ１での突入が妨げられるが、バケット３２に傾斜部４４が設けられていることで、バケット３２に下向きの力が発生するため、ホイールローダ１の前輪に荷重がかかって牽引力が上がり、作業をより容易にできる。

なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記実施形態では、第１直線部４３は、下部前端縁４３Ｆを有する板状取付部４３１とその後側に連続する板状底部４３２とで構成されていたが、図５に示すように、第１直線部４３全体を同一の厚板鋼板からなる板状取付部４３３のみによって構成してもよい。

前記実施形態では、傾斜部４４が平坦面にて形成されていたが、平坦面に近い曲面にて形成されている場合でも、本発明に含まれる。

本発明は、ホイールローダに利用できる他、バックホーローダやスキッドステアローダ等にも利用することができる。

１…ホイールローダ（作業車両）、２１…前部車体フレーム（車体フレーム）、３１…ブーム、３２…バケット、４３…第１直線部、４３Ｂ…後端縁、４３Ｆ…下部前端縁、４４…傾斜部、４４Ｂ…後端縁、４５…曲面部、４５Ｌ…下端縁、４５Ｕ…上端縁、４６…第２直線部、４６Ｆ…前端縁、４７…折曲部、４８…第３直線部、４３１，４３３…板状取付部、４３１Ｂ…後端縁、４３２…板状底部、５４…補強部材、Ａ，Ｂ…水平方向の長さ、Ｒ…バケット半径、Ｓ…距離、θ…角度。

Claims (7)

1. ローダに用いられる作業機であって、
   バケットと、
   前記ローダの車体フレームに一端が枢軸され、さらに他端が前記バケットに枢軸されるブームとを備え、
   前記バケットは、
   一直線状に設けられた下部前端縁と、
   前記下部前端縁からバケット奥側に向かって水平に延出した第１直線部と、
   前記第１直線部の後端縁に連続してバケット奥側に向かってさらに延出し、当該バケット奥側に向かって上向きに傾斜した平坦面からなる傾斜部と、
   前記傾斜部の後端縁に下端縁で連続し、所定のバケット半径で形成された曲面部と、
   前記曲面部の上端縁に連続し、バケット間口に向かって上向きに傾斜した第２直線部と、
   前記第２直線部の前端縁に対して折曲部を介してバケット間口側に折曲し、当該バケット間口に向かってさらに延出した第３直線部とを備え、
   前記バケットのバケット開口が上方に向くようにチルトした状態では、前記バケットと前記ブームとの距離が前記折曲部で最小となるように、前記第２直線部が前記ブームと対向する位置に位置し、
   前記第２直線部の背面であって、かつ、前記バケットのバケット開口が上方に向くようにチルトして、前記バケットと前記ブームとの距離が前記折曲部で最小となるように、前記第２直線部が前記ブームと対向する位置に位置する状態において前記ブームと対向する位置に、前記ブームと当接するストッパが設けられている
   ことを特徴とする作業機。
2. 請求項１に記載の作業機において、
   前記ストッパを設ける位置は、前記ストッパを介して前記バケットを支持する前記ブームでのモーメントに基づいて決定される
   ことを特徴とする作業機。
3. 請求項１または請求項２に記載の作業機において、
   前記第１直線部は、
   前記下部前端縁を含んで形成された板状取付部と、前記板状取付部の後端縁に連続した板状底部とを備えて構成されるか、
   または前記板状取付部のみで構成される
   ことを特徴とする作業機。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の作業機において、
   前記傾斜部と前記第１直線部との成す角度は４°以上である
   ことを特徴とする作業機。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の作業機において、
   前記第１直線部の水平方向の長さと、前記下部前端縁から前記曲面部のバケット奥側に向かって最も膨出した位置までの水平方向の長さとの比は、０．３ないし０．５である
   ことを特徴とする作業機。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の作業機において、
   上側表面部分には、当該上側表面部分を補強する補強部材が設けられ、
   前記折曲部は、前記補強部材よりもバケット奥側の位置に設けられている
   ことを特徴とする作業機。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の作業機を備える
   ことを特徴とするローダ。

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