JP6253153B2 - 建設機械の作業腕構造 - Google Patents

Description

本発明は、建設機械の作業腕構造、詳しくは、油圧ショベル等の建設機械に設けられるブームやアーム等の作業腕の構造の技術分野に関するものである。

一般に、油圧ショベル等の建設機械のなかには、単数或いは屈曲自在に連結された複数の作業腕の先端部に、掘削や運搬等の各種作業を行う作業用アタッチメントを取付けたものがある。たとえば、油圧ショベルでは、前記作業腕として、機体に上下揺動自在に支持されるブームと、該ブームの先端部に揺動自在に連結されるアームとを備え、該アームの先端部に作業アタッチメントとしてバケットが取付けられているが、このものにおいて、作業腕は、曲げや捻りに対する剛性を有し、且つ、重量を軽くするために、長手方向に伸びる複数の面板を溶接により一体化することで中空断面を有した箱形状に形成されている。さらに、作業腕の長手方向端部には、作業腕同士を屈曲自在に連結するためのピン軸や、作業腕に作業アタッチメントを連結するためのピン軸が挿通される軸受部が、溶接により一体的に取付けられている。
ところで、前記作業腕は、長尺に形成されると共に、作業アタッチメントから伝達される作業負荷や、作業腕を移動させるためのアクチュエータの駆動力を受けるため、高い応力がかかる部位が生じ、該部位が疲労破壊してしまう惧れがある。特に、前記ピン軸が挿通される軸受部には高応力がかかりやすく、このため、軸受部を作業腕に溶接する溶接部分に亀裂が発生してしまうことがあって、作業腕の耐久性向上の妨げになっていた。
そこで、従来、作業腕の強度を高めて耐久性を向上させるために、作業腕を外側から取囲む四角枠状の補強材を設けた技術（たとえば、特許文献１参照。）や、作業腕を複数の中空ブロックで構成するとともに、これら中空ブロックの周壁に外向きに突出する接続フランジを設け、隣接する中空ブロックの接続フランジ同士を接続することで作業腕を組付けるようにした技術（たとえば、特許文献２参照。）が提唱されている。

特開２００７−１２００３０号公報 特開２００７−１２００３１号公報

ところで、一般に、作業腕には、該作業腕や作業アタッチメントを駆動せしめるためのアクチュエータが取付けられると共に、作業腕の外周面に沿うようにして上記アクチュエータに油圧力や電力を供給する油圧配管や電気配線が配設される。しかしながら、前記特許文献１、２のものは、補強材や接続フランジが作業腕の外周面から外方に突出しているため、油圧配管や電気配線の配設の邪魔になるという問題がある。さらに、前記補強材や接続フランジは、作業腕の周囲に亘って設けられているから、作業腕が大型化して重量も重くなってしまうという問題もあり、これらに本発明の解決すべき課題がある。

本発明は、上記の如き実情に鑑みこれらの課題を解決することを目的として創作されたものであって、請求項１の発明は、長手方向に伸びる複数の面板により中空断面を有した箱形状に形成され、その長手方向端部にピン軸を介して他部材と揺動自在に連結される連結部を備えた建設機械の作業腕において、作業腕の中空内部に、面板間を架橋するように配されて作業腕にかかる応力を受ける補強部材を設けると共に、該補強部材は、連結部に連結された中間ブラケットを中心部として面板間を架橋するように配設される複数の補強部品を用いて構成され、これら補強部品は、一端側が面板に着脱自在に取付けられ、他端側が中間ブラケットに着脱自在に取付けられていて交換可能であることを特徴とする建設機械の作業腕構造である。
請求項２の発明は、請求項１において、作業腕は、長手方向に伸びる面板として上下左右の面板を備え、連結部は、ピン軸が挿通されるボスを有した軸受部であって、該軸受部は、軸方向が左右方向を向き、その軸方向両端部に軸受部を面板に固定するためのフランジ部を備えると共に、該フランジ部は上下左右の面板のうち何れかの面板に溶接により固定され、他の面板に対しては固定されないフリーな状態にしたことを特徴とする建設機械の作業腕構造である。
請求項３の発明は、請求項２において、フランジ部が固定されていない面板に対して位置ズレしたことを外部から視認できる目印を設け、該目印を、補強部材の交換時期を判断するための判断手段として用いたことを特徴とする建設機械の作業腕構造である。
請求項４の発明は、請求項３において、目印は、フランジ部の外周縁部に着色された着色部であることを特徴とする建設機械の作業腕構造である。
請求項５の発明は、請求項１乃至４の何れか一項において、面板に、作業腕の外部から補強部材にアクセスするための開閉自在なメンテナンス用開口を開設したことを特徴とする建設機械の作業腕構造である。
請求項６の発明は、請求項１乃至５の何れか一項において、補強部材を、面板よりも低応力で塑性変形する材料を用いて形成したことを特徴とする建設機械の作業腕構造である。
請求項７の発明は、請求項６において、補強部材に用いられる材料は、低降伏点鋼であることを特徴とする建設機械の作業腕構造である。
請求項８の発明は、請求項６において、補強部材に用いられる材料は、樹脂であることを特徴とする建設機械の作業腕構造である。

請求項１の発明とすることにより、応力を受ける補強部材を、該補強部材が損傷した場合や定期的なメンテナンスを行う場合等に交換することで、作業腕の耐久性を大幅に向上させることができる。しかも、補強部材は作業腕の中空内部に設けられているため、作業腕の外周面に配される油圧配管等の配設の邪魔になる惧れもなく、また、作業腕が大型化してしまうことも回避できる。さらに、連結部にかかる応力を補強部品によって確実に受け止めることができると共に、補強部品の交換を容易に行うことができる。
請求項２の発明とすることにより、連結部にかかる応力がフランジ部に固定されない面板に伝達されることなく、補強部材に確実に伝達される。
請求項３の発明とすることにより、補強部材の交換時期を、作業腕の外部から簡単に判断することができる。
請求項４の発明とすることにより、フランジ部が位置ズレした場合には、外部から容易に視認できる。
請求項５の発明とすることにより、メンテナンス用開口から補強部材の交換を行うことができる。
請求項６の発明とすることにより、補強部材が面板に先んじて塑性変形することで、面板を有効に保護できると共に、補強部材が塑性変形した場合や定期的なメンテナンスを行う場合に補強部材を交換することで、作業腕の耐久性を大幅に向上させることができる。
請求項７の発明とすることにより、面板よりも低応力で塑性変形すると共に、優れた伸び性能を有する低降伏点鋼を用いて補強部材を形成することができる。
請求項８の発明とすることにより、面板よりも低応力で塑性変形する樹脂を用いて補強部材を形成することができる。

油圧ショベルの側面図である。 スティックの斜視図である。 右面板を切欠いたスティックの斜視図である。 補強部材を示す斜視図である。 他方面から視た補強部材を示す斜視図である。 フランジ部の着色部を示す斜視図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。図において、１は本発明の建設機械の一例である油圧ショベルであって、該油圧ショベル１は、クローラ式の下部走行体２、該下部走行体２に旋回自在に支持される上部旋回体３、該上部旋回体３のフロント部に装着される作業部４等の各部から構成されており、さらに該作業部４は、基端部が上部旋回体３に揺動自在に軸支されるブーム５、該ブーム５の先端部に揺動自在に連結されるスティック６、該スティック６の先端部に揺動自在に連結されるバケット７、これらブーム５、スティック６、バケット７をそれぞれ揺動せしめるためのブームシリンダ８、スティックシリンダ９、バケットシリンダ１０等を用いて構成されている。

前記ブーム５およびスティック６は、油圧ショベル１に設けられる作業腕であるが、本実施の形態では、スティック６に本発明が実施されており、以下、スティック６の構造について説明する。

前記スティック６は、長手方向に伸びる上下左右の面板１１、１２、１３、１４を溶接により一体的に接合することによって、矩形状の中空断面を有する細長い箱形状に形成されている。 そして、該スティック６の基端部（長手方向一端部）には、ブーム５の先端部にスティック６を揺動自在に連結するための第一ピン軸１５が支持される第一軸受部１６が設けられており、また、スティック６の先端部（長手方向他端部）には、スティック６の先端部にバケット７を揺動自在に連結するための第二ピン軸１７が支持される第二軸受部１８が設けられている。さらに、スティック６の基端側には、スティックシリンダ９の先端側が回動自在に支持されるスティックシリンダ支持部１９と、バケットシリンダ１０の基端側が回動自在に支持されるバケットシリンダ支持部２０とが設けられ、また、スティック６の先端側には、バケットシリンダ１０の先端側に連結されるリンク２１の一端側が回動自在に支持されるリンク支持部２２が設けられている。

ここで、スティック６の上面板１１と下面板１２との間の間隔は、第一軸受部１６が設けられている部分が最も広く、第二軸受部１８が設けられる先端側ほど狭くなり、また、第一軸受部１６よりさらに基端側も上面板１１と下面板１２との間隔が狭くなって両面板１１、１２が連続するように形成されている。そして、上面板１１と下面板１２との間隔が広くなる部分に設けられる第一軸受部１６は、下面板１２側に配されていて上面板１１からは離間している。尚、前記第一、第二軸受部１６、１８は、スティック６と他部材（本実施の形態では、ブーム５、バケット７）とを連結する連結部であるが、本実施の形態では、スティック６およびバケット７から伝達される荷重により高応力がかかる第一軸受部１６に後述する補強部材２５が連結される構成になっていて、該第一軸受部１６が、本発明の請求項２、３、４の連結部および軸受部に相当する。また、本実施の形態では、第二軸受部１８には補強部材は連結されていないが、該第二軸受部１８は、上面板１１、下面板１２、および左右の面板１３、１４に溶接により固定されていて、強度的に強い構造となっている。

前記第一軸受部１６は、軸方向が左右方向を向き、筒内部に第一ピン軸（本発明のピン軸に相当する）１５が挿通される円筒状のボス１６ａと、該ボス１６ａの軸方向両端部（左右両端部）に一体的に設けられるフランジ部１６ｂとを有したものであって、該フランジ部１６ｂは、下端縁部が下面板１２の左右端部に当接し、フランジ面が左右面板１３、１４と面一状となる状態で、左右の面板１３、１４に形成された軸受部用凹部１３ａ、１４ａの内周側に配設されている。そして、フランジ部１６ｂは、下端縁部が溶接により下面板１２の左右端部に固定される一方、左右の面板１３、１４とは固定されておらず、左右の面板１３、１４に対してフリーな状態になっている。

ここで、前記フランジ部１６ｂの外周縁部（下面板１２に溶接される下端縁部を除く）は、該外周縁部がスティック６の内部側に位置する状態で、左右面板１３、１４の軸受部用凹部１３ａ、１４ａの内周縁部と重なり合う部分を有すると共に、該重なり合う部分は、スティック６とは異なる色で着色１６ｃされている。そして、該着色部１６ｃは、フランジ部１６ｂが軸受部用凹部１３ａ、１４ａに対して正規の位置に位置している状態では外部から視認することはできないが、フランジ部１６ｂが軸受部用凹部１３ａ、１４ａに対して位置ズレすることにより外部から視認できるようになっている。尚、前記着色部１６ｃは、後述するように第一〜第四補強部品２６ａ〜２６ｄの交換時期を判断するための判断手段となる目印であって、目立つ色で着色することが望ましい。

一方、２５はスティック６の中空内部に設けられる補強部材であって、該補強部材２５は、前記第一軸受部１６の近傍に配されているが、本実施の形態では、第一〜第四の四本の補強部品２６ａ〜２６ｄを用いて構成されている。これら第一〜第四補強部品２６ａ〜２６ｄは、後述する連結部材３０を介して前記第一軸受部１６のボス１６ａに連結された中間ブラケット２７を中心部として、対向する上面板１１と下面板１２との間を架橋するように対角線状に配設されていて、曲げや捻りに対して強い構造になっていると共に、それぞれが交換可能に取付けられている。つまり、第一補強部品２６ａは、一端側が上面板１１の左隅部に固定された第一支持ブラケット２８ａにボルト２９を介して着脱自在に取付けられ、他端側が中間ブラケット２７の左側上部にボルト２９を介して着脱自在に取付けられており、第二補強部品２６ｂは、一端側が上面板１１の右隅部に固定された第二支持ブラケット２８ｂにボルト２９を介して着脱自在に取付けられ、他端側が中間ブラケット２７の右側上部にボルト２９を介して着脱自在に取付けられており、第三補強部品２６ｃは、一端側が下面板１２の左隅部に固定された第三支持ブラケット２８ｃにボルト２９を介して着脱自在に取付けられ、他端側が中間ブラケット２７の左側下部にボルト２９を介して着脱自在に取付けられており、第四補強部品２６ｄは、一端側が下面板１２の右隅部に固定された第四支持ブラケット２８ｄにボルト２９を介して着脱自在に取付けられ、他端側が中間ブラケット２７の右側下部にボルト２９を介して着脱自在に取付けられている。尚、２７ａは前記中間ブラケット２７と共に第一〜第一補強部品２６ａ〜２６ｄの他端側をボルト２９により着脱自在に取付けるための支持ブラケットであって、該支持ブラケット２６ａ〜２６ｄは取外し可能になっている。

前記連結部材３０は、一端側が第一軸受部１６のボス１６ａに溶接により固着され、他端側が中間ブラケット２７の中央部に溶接により固着されている。そして、スティック６およびバケット７からの荷重により第一軸受部１６にかかる応力は、前記連結部材３０および中間ブラケット２７を介して第一〜第四補強部品２６ａ〜２６ｄに伝達され、該第一〜第四補強部品２６ａ〜２６ｄによって受け止められるようになっている。

ここで、前記第一〜第四補強部品２６ａ〜２６ｄは、本実施の形態では、低降伏点鋼（極低降伏点鋼）を用いて形成されている。該低降伏点鋼から形成される第一〜第四補強部品２６ａ〜２６ｄは、優れた伸び性能を有し、第一軸受部１６から伝達される応力を効率よく吸収すると共に、上下左右の面板１１〜１４よりも低い応力で塑性変形する。そして、第一〜第四補強部品２６ａ〜２６ｄが塑性変形した場合には、該第一〜第四補強部品２６ａ〜２６ｄに中間ブラケット２７および連結部材３０を介して連結されている第一軸受部１６が変位し、これに伴い第一軸受部１６のフランジ部１６ｂが左右の面板１３、１４の軸受部用凹部１３ａ、１４ａに対して位置ズレする。これにより、前述した目印である着色部１６ｃが外部から視認されて、第一〜第四補強部品２６ａ〜２６ｄが塑性変形していて交換しなければならないと判断することができるようになっている。

さらに、３１は少なくとも何れかの面板１１〜１４に開設されるメンテナンス用開口であって、本実施の形態では右面板１４に開設されているが、該メンテナンス用開口３１は、前記第一〜第四補強部品２６ａ〜２６ｄに外部からアクセスできる位置、寸法に設定されていると共に、蓋体３１ａによって開閉自在に覆蓋されている。そして、前述したように着色部１６ｃの視認により前記第一〜第四補強部品２６ａ〜２６ｄが交換時期であると判断された場合、あるいは定期的なメンテナンスを行うような場合には、前記蓋体３１ａを外すことで、メンテナンス用開口３１から第一〜第四補強部品２６ａ〜２６ｄにアクセスして該第一〜第四補強部品２６ａ〜２６ｄを交換することができる構成になっている。

叙述の如く構成された実施の形態において、建設機械の作業腕であるスティック６は、長手方向に伸びる上下左右の面板１１〜１４により中空断面を有した箱形状に形成されており、その長手方向端部に第一、第二ピン軸１５、１７を介してブーム５、バケット７が揺動自在に連結される第一、第二軸受部１６、１８を備えているが、該スティック６の中空内部には、補強部材２５が上下の面板１１、１２間を架橋するように配されており、該補強部材２５によってスティック６にかかる応力が受け止められると共に、補強部材２５を構成する第一〜第四補強部品２６ａ〜２６ｄは上下の面板１１、１２に着脱自在に取付けられていて交換可能になっている。

而して、スティック６にかかる応力は、上下の面板１１、１２間に架橋するように配された補強部材２５により受け止められ、これによりスティック６を曲げや捻りに対して高い剛性を有した強固な構造のものにすることができると共に、面板１１〜１４にかかる応力を低減させることができて、溶接亀裂等の不具合の発生を回避できることになるが、このものにおいて、応力を受ける補強部材２５は交換可能であるから、補強部材２５が損傷した場合や定期的なメンテナンスを行う場合等、必要に応じて補強部材２５を交換することによって、スティック６の耐久性を大幅に向上させることができる。しかも、この補強部材２５はスティック６の中空内部に設けられるものであるため、スティック６の外周面に配される油圧配管等の配設の邪魔になる惧れもなく、また、スティック６が大型化してしまうことも回避できる。

しかも、前記補強部材２５は、スティック６およびバケット７から伝達される荷重により高応力がかかる第一軸受部１６に連結されていて、該第一軸受部１６にかかる応力を補強部材２５で受止める構成となっている。これにより、スティック６にかかる応力の大半を補強部材２５に集中させることができて、上下左右の面板１１〜１４にかかる応力を確実に低減させることができる。

さらに、前記補強部材２５は、第一軸受部１６に連結された中間ブラケット２７を中心部として上下の面板１１、１２間を架橋するように配設される第一〜第四補強部品２６ａ〜２６ｄを用いて構成されると共に、これら第一〜第四補強部品２６ａ〜２６ｄは、一端側が上下の面板１１、１２にボルト２９を介して着脱自在に取付けられ、他端側が中間ブラケット２７にボルト２９を介して着脱自在に取付けられている。而して、中間ブラケット２７を中心部として上下の面板１１、１２間を架橋するように配設された第一〜第四補強部品２６ａ〜２６ｄによって、第一軸受部１６にかかる応力を確実に受止めることができると共に、各々の補強部品２６ａ〜２６ｄの交換を容易に行うことができる。

また、スティック６は、長手方向に伸びる面板として上下左右の面板１１〜１４を備えており、第一軸受部１６は、第一ピン軸１５が挿通されるボス１６ａを有したものであって、軸方向が左右方向を向き、その軸方向両端部にフランジ部１６ｂを備えているが、該フランジ部１６ｂは、下面板１２に溶接により固定される一方、左右の面板１３、１４に対しては固定されないフリーな状態になっている。而して、第一軸受部１６にかかる応力は、左右の面板１３、１４に伝達されることなく、補強部材２５に確実に伝達されることになる。

さらに、フランジ部１６ｂの外周縁部には着色部１６ｃが設けられているが、該着色部１６ｃは、フランジ部１６ａが左右の面板１３、１４に対して位置ズレしたときに外部から視認できる構成になっている。そして、補強部材２５が塑性変形した場合には、該補強部材２５に連結されている第一軸受部１６が変位し、これに伴いフランジ部１６ａが左右の面板１３、１４に対して位置ズレすることで着色部１６ａが外部から視認されることになり、これにより、補強部材２５が塑性変形していて交換する必要があることをスティック６の外部から簡単に判断できることになる。

さらにこのものにおいて、面板１１〜１４のうちの何れか（本実施の形態では右面板１４）には、スティック６の外部から補強部材２５にアクセスするための開閉自在なメンテナンス用開口３１が開設されている。而して、該メンテナンス用開口３１から補強部材２５の交換を行うことができる。

さらに、前記補強部材２５（本実施の形態では第一〜第四補強部品２６ａ〜２６ｄ）は、面板１１〜１４よりも低応力で塑性変形する材料を用いて形成されている。而して、補強部材２５が面板１１〜１４に先んじて塑性変形することで、面板１１〜１４を有効に保護できると共に、補強部材２５が塑性変形した場合や定期的なメンテナンスを行う場合に補強部材２５を交換することで、スティック６の耐久性を大幅に向上させることができる。

さらに、前記補強部材２５の材料として、本実施の形態では低降伏点鋼（極低降伏点鋼）が用いられているが、該低降伏点鋼は、面板１１〜１４より低応力で塑性変形すると共に、優れた伸び性能を有していて、第一軸受部１６から伝達される応力を効率よく吸収できることになる。

尚、本発明は上記実施の形態に限定されないことは勿論であって、たとえば上記実施の形態では、補強部材は作業腕の一箇所のみに設けられているが、作業腕の大きさ等に応じて適宜複数の補強部材を設けることもできる。また、上記実施の形態において、中間ブラケットは連結部材を介して間接的に第一軸受部に連結されているが、中間ブラケットを直接第一軸受部のボスに連結する構成にしても良い。さらに、上記実施の形態では、前記第一〜第四補強部品を低降伏点鋼（極低降伏点鋼）を用いて形成したが、これに限定されず、たとえば、低降伏点鋼と同様の性能を有する樹脂を用いて形成することもできる。さらにまた、上記実施の形態では、第一軸受部のフランジ部は下面板に溶接により固定される構成となっているが、これに限定されず、フランジ部は、作業腕の形状や構造、軸受部が設けられる箇所等に応じて上下左右の面板のうち何れかの面板に固定され、他の面板に対しては固定されないフリーな状態で設けられる。

本発明は、たとえば油圧ショベルのブーム、スティック等、建設機械の作業腕の耐久性を向上させるために利用することができる。

１ 油圧ショベル
６ スティック
１１ 上面板
１２ 下面板
１３ 左面板
１４ 右面板
１５ 第一ピン軸
１６ 第一軸受部
１６ａ ボス
１６ｂ フランジ部
１６ｃ 着色部
２５ 補強部材
２６ａ〜２６ｄ 第一〜第四補強部品
２７ 中間ブラケット
３１ メンテナンス用開口

Claims (8)

1. 長手方向に伸びる複数の面板により中空断面を有した箱形状に形成され、その長手方向端部にピン軸を介して他部材と揺動自在に連結される連結部を備えた建設機械の作業腕において、作業腕の中空内部に、面板間を架橋するように配されて作業腕にかかる応力を受ける補強部材を設けると共に、該補強部材は、連結部に連結された中間ブラケットを中心部として面板間を架橋するように配設される複数の補強部品を用いて構成され、これら補強部品は、一端側が面板に着脱自在に取付けられ、他端側が中間ブラケットに着脱自在に取付けられていて交換可能であることを特徴とする建設機械の作業腕構造。
2. 請求項１において、作業腕は、長手方向に伸びる面板として上下左右の面板を備え、連結部は、ピン軸が挿通されるボスを有した軸受部であって、該軸受部は、軸方向が左右方向を向き、その軸方向両端部に軸受部を面板に固定するためのフランジ部を備えると共に、該フランジ部は上下左右の面板のうち何れかの面板に溶接により固定され、他の面板に対しては固定されないフリーな状態にしたことを特徴とする建設機械の作業腕構造。
3. 請求項２において、フランジ部が固定されていない面板に対して位置ズレしたことを外部から視認できる目印を設け、該目印を、補強部材の交換時期を判断するための判断手段として用いたことを特徴とする建設機械の作業腕構造。
4. 請求項３において、目印は、フランジ部の外周縁部に着色された着色部であることを特徴とする建設機械の作業腕構造。
5. 請求項１乃至４の何れか一項において、面板に、作業腕の外部から補強部材にアクセスするための開閉自在なメンテナンス用開口を開設したことを特徴とする建設機械の作業腕構造。
6. 請求項１乃至５の何れか一項において、補強部材を、面板よりも低応力で塑性変形する材料を用いて形成したことを特徴とする建設機械の作業腕構造。
7. 請求項６において、補強部材に用いられる材料は、低降伏点鋼であることを特徴とする建設機械の作業腕構造。
8. 請求項６において、補強部材に用いられる材料は、樹脂であることを特徴とする建設機械の作業腕構造。