JP6302306B2 - 建設機械用ロッド - Google Patents

Description

本発明は、雌側筒部を有する雌側ロッドと雄側軸部を有する雄側ロッドとがトルク伝達可能に連結している建設機械用ロッドに関し、特に、寿命を長くすることができる建設機械用ロッドに関する。

杭打機等の地盤改良機は、オーガによって掘削ロッド（建設機械用ロッド）を回転駆動させて掘削作業を行っている。この掘削ロッドは、複数のロッドが連結して使用されることが多い。下記特許文献１には、掘削ロッドにおいて上側に配置されているアッパーロッドと、下側に配置されているロアロッドとのジョイント構造が記載されている。図１０に示すように、下記特許文献１のジョイント構造Ｊ２（以下、「従来のジョイント構造Ｊ２」と呼ぶ）では、アッパーロッド１３１の下端部に雌側筒部１３１ａが形成され、ロアロッド１３２の上端部に雄側軸部１３２ａが形成されている。

雌側筒部１３１ａの内壁面１３１ｂの断面と雄側軸部１３２ａの周面１３２ｂの断面は共に六角形状になっていて、雌側筒部１３１ａに雄側軸部１３２ａが挿通されることで、アッパーロッド１３１とロアロッド１３２とがトルク伝達可能になっている。また、雌側筒部１３１ａの内壁面１３１ｂに、ロッド軸方向（図１０の上下方向）と直交する方向（図１０の紙面に直交する方向）に延びる略Ｕ字状の雌側溝１３１ｃが形成され、雄側軸部１３２ａの周面１３２ｂに、ロッド軸方向と直交する方向に延びる略Ｕ字状の雄側溝１３２ｃが形成されている。これら雌側溝１３１ｃと雄側溝１３２ｃとに連結ピン１３３が挿通されることで、アッパーロッド１３１とロアロッド１３２とがロッド軸方向に相対移動できないようになっている。

特開２００１−３１７０４１号公報

ところで、上記した従来のジョイント構造Ｊ２では、図１１に示すように、連結ピン１３３の軸中心Ｐ１（図１０参照）の高さ位置でロッド軸方向と直交する断面を見たときに、略Ｕ字状の雄側溝１３２ｃが直線状で示される。つまり、雄側溝１３２ｃは、雄側軸部１３２ａの周面１３２ｂに対して直線状の機械加工を施すことによって形成されていて、雄側溝１３２ｃの中央部１３２ｃ１と連結ピン１３３との間の距離ｄ１と、雄側溝１３２ｃの左端部１３２ｃ２と連結ピン１３３との間の距離ｄ２と、雄側溝１３２ｃの右端部１３２ｃ３と連結ピン１３３との間の距離ｄ３とは全て同一になっている。各距離ｄ１，ｄ２，ｄ３は約１ｍｍである。この従来のジョイント構造Ｊ２では、以下の問題点が生じていた。

掘削ロッド１３０で掘削作業を繰り返すと、雌側筒部１３１ａの内壁面１３１ｂと雄側軸部１３２の周面１３２ｂとが繰り返しのトルク伝達によって摩耗し始める。これにより、雌側筒部１３１ａの内壁面１３１ｂと雄側軸部１３２ａの周面１３２ｂとのガタ付きが大きくなる。ガタ付きが大きいと、図１２で模式的に示すように、雌側筒部１３１ａと雄側軸部１３２ａとがトルク伝達で僅かに相対回転する際に、雄側溝１３２ｃの右端部１３２ｃ３が連結ピン１３３に当接する。又は、雄側溝１３２ｃの左端部１３２ｃ２が連結ピン１３３に当接する（図示省略）。なお、図１２では雄側溝１３２ｃの右端部１３２ｃ３が連結ピン１３３に当接する状態を分かり易くするために、ガタ付きを誇張して示している。

雄側溝１３２ｃの両端部（左端部１３２ｃ２，右端部１３２ｃ３）が連結ピン１３３に当接すると、トルク伝達による荷重が連結ピン１３３に作用することになる。これにより、雌側溝１３１ｃにクラックＬ１（図１０参照）が生じたり、連結ピン１３３が破損するというトラブルが起きて、掘削ロッド１３０を早期に交換する事態が生じていた。掘削ロッド１３０は消耗品であるものの、従来では上記したトラブルにより掘削ロッド１３０の寿命が約１〜２年程度で短くなっていた。従って、上記したトラブルを回避できて、掘削ロッド１３０の寿命を少しでも長くできることがユーザから求められていた。

そこで、本発明は上記した課題を解決するためになされたものであり、雌側溝にクラックが生じたり、連結ピンが破損するというトラブルをできるだけ回避できて、寿命を長くすることができる建設機械用ロッドを提供することを目的とする。

本発明に係る建設機械用ロッドは、雌側筒部を有する雌側ロッドと、雄側軸部を有する雄側ロッドとを備え、前記雌側筒部に前記雄側軸部が挿通されて、前記雌側ロッドと前記雄側ロッドとがトルク伝達可能に連結していて、前記雌側筒部の内壁面に、ロッド軸方向と直交する方向に延びる略Ｕ字状の雌側溝が形成され、前記雄側軸部の周面に、ロッド軸方向と直交する方向に延びる略Ｕ字状の雄側溝が形成され、前記雌側溝と前記雄側溝とに連結ピンが挿通されて、前記雌側ロッドと前記雄側ロッドとがロッド軸方向の相対移動を規制されているものであって、前記連結ピンの軸中心の高さ位置で前記ロッド軸方向と直交する断面を見たときに、前記雄側溝の両端部と前記連結ピンとの間の距離が、前記雄側溝の中央部と前記連結ピンとの間の距離より大きくなっていることを特徴とする。

本発明に係る建設機械用ロッドによれば、連結ピンの軸中心の高さ位置でロッド軸方向と直交する断面を見たときに、雄側溝の両端部と連結ピンとの間の距離が、雄側溝の中央部と連結ピンとの間の距離より大きい。このため、雌側筒部の内壁面と雄側軸部の周面とのガタ付きが大きくなっても、雌側筒部と雄側軸部とがトルク伝達で僅かに相対回転する際に、雄側溝の両端部が連結ピンに当接し難くなる。この結果、雌側溝にクラックが生じたり、連結ピンが破損するというトラブルをできるだけ回避できて、建設機械用ロッドの寿命を長くすることができる。

また、本発明に係る建設機械用ロッドにおいて、前記連結ピンの軸中心の高さ位置で前記ロッド軸方向と直交する断面を見たときに、前記雄側溝は、前記中央部から前記両端部に向かって前記連結ピンから遠くなる円弧状に形成されていることが好ましい。
この場合には、円弧状の雄側溝を成形することは、例えば台形形状の雄側溝を成形する場合に比べて、機械加工機に対する指令値が少なくて済む。このため、円弧状の雄側溝を成形し易い。また、円弧状の雄側溝は角部分を有していないため、仮に円弧状の雄側溝が連結ピンに当接したとしても、連結ピンに局所的な荷重が作用することを防止できる。従って、上記したトラブルをより回避することができる。

本発明によれば、従来に比べて建設機械用ロッドの寿命を大幅に向上させることができて、ユーザの要望を満たすことができる。

本実施形態の掘削ロッドが適用されている杭打機を示した図である。 図１のＡ部分を拡大した図である。 図２を縦方向に切断した断面図である。 図３のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。 （Ａ）図２に示した雌側ロッドの部分的な断面図である。（Ｂ）図５（Ａ）を右側から見た側面図である。 （Ａ）図２に示した雄側ロッドの部分的な断面図である。（Ｂ）図６（Ａ）を右側から見た側面図である。 図４のＣ部分を拡大した図である。 本実施形態の雄側溝が連結ピンに当接しない状態を模式的に示した図である。 変形実施形態の雄側溝を示した図である。 従来の掘削ロッドのジョイント構造を示した図である。 従来の雄側溝を示した図である。 従来の雄側溝が連結ピンに当接する状態を模式的に示した図である。

本発明に係る建設機械用ロッドの実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態の掘削ロッド３０（建設機械用ロッド）が適用されている杭打機１を示した図である。図１に示すように、杭打機１は上部旋回体２と下部走行体３とを備え、上部旋回体２がクローラによって走行可能な下部走行体３の上に旋回可能に搭載されている。上部旋回体２の前方（図１の左側）には、バックステーシリンダ４によって支持されたリーダ１０が立設されている。

リーダ１０は、起立している状態からバックステーシリンダ４の収縮によって後方に倒伏するように構成されている。リーダ１０の前方には、作業装置としてのオーガ２０が取付けられている。オーガ２０は、リーダ１０のガイドパイプ１１を挟み込むガイドギブ２１を備え、ガイドギブ２１によってガイドパイプ１１に沿って摺動可能になっている。

そして、オーガ２０は、リーダ１０に沿って自力で昇降できるように油圧モータ（図示省略）を備え、油圧モータによって回転するピニオンギヤとリーダ１０に形成されたラックギヤ１２とが噛合している。こうして、油圧モータがピニオンギヤを正逆回転させると、ピニオンギヤがラックギヤに沿って転動して、オーガ２０がリーダ１０に沿って昇降することができる。

杭打機１では、地盤改良を行う場合に、掘削ロッド３０がオーガ２０に取付けられる。そして、掘削ロッド３０はオーガ２０から回転トルクを与えられて回転し、オーガ２０が油圧モータの回転駆動によってリーダ１０に沿って下降すると、掘削ロッド３０の下端部に設けられた掘削ヘッド３０Ａが地盤を掘削する。このとき、掘削ヘッド３０Ａがセメントミルクを吐出し、セメントミルクが攪拌翼３０Ｂによって掘削土と共に攪拌混合されて、軟弱な地盤が基礎に耐え得る強度に養生される。

ここで、本実施形態の掘削ロッド３０では、ロッド軸方向（図１の上下方向）の長さを伸ばすために、上側に配置されている雌側ロッド３１と下側に配置されている雄側ロッド３２とが接続されている。図２は、図１のＡ部分を拡大した図であり、雌側ロッド３１と雄側ロッド３２とのジョイント構造Ｊ１を示している。図３は図２を縦方向に切断した断面図であり、図４は図３のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。図５（Ａ）は図２に示した雌側ロッド３１の部分的な断面図であり、図５（Ｂ）は図５（Ａ）を右側から見た側面図である。図６（Ａ）は図２に示した雄側ロッド３２の部分的な断面図であり、図６（Ｂ）は図６（Ａ）を右側から見た側面図である。

雌側ロッド３１及び雄側ロッド３２は、セメントミルクが通過できるように中空状になっている。雌側ロッド３１は、下端部（図３の下側）に雌側筒部３１ａを有し、雄側ロッド３２は上端部（図３の上側）に雄側軸部３２ａを有している。図５（Ｂ）及び図６（Ｂ）に示すように、雌側筒部３１ａの内壁面３１ｂの断面と雄側軸部３２ａの周面３２ｂの断面は、雌側筒部３１ａと雄側軸部３２ａが嵌合できるように、同じ六角形状になっている。このため、雌側筒部３１ａに雄側軸部３２ａが挿通されることで、雌側ロッド３１と雄側ロッド３２とが一体回転し、オーガ２０から与えられる回転トルクを伝達可能になっている。

また、図３に示すように、雌側筒部３１ａの内壁面３１ｂには、ロッド軸方向（図３の上下方向）と直交する方向（図３の紙面に直交する方向）に延びる略Ｕ字状の雌側溝３１ｃが２個形成されている。また、雄側軸部３２ａの周面３２ｂにも、ロッド軸方向と直交する方向に延びる略Ｕ字状の雄側溝３２ｃが２個形成されている。各雌側溝３１ｃと各雄側溝３２ｃはロッド軸方向に所定量離れていて、掘削ロッド３０の周方向に１８０度離れて配置されている。

略Ｕ字状の雌側溝３１ｃと略Ｕ字状の雄側溝３２ｃとが対向することで、１つの略円形の貫通孔になる。これにより、円柱状の連結ピン３３が一対の雌側溝３１ｃと雄側溝３２ｃとに挿通されて、雌側ロッド３１と雄側ロッド３２とがロッド軸方向に相対移動できないようになっている。なお、雌側筒部３１ａの下端に形成されている開口縁部３１ｄと、雄側軸部３２ａの根元に形成されている段部３２ｄとが当接することで、雌側ロッド３１と雄側ロッド３２とのロッド軸方向の位置決めがされている。

また、雌側筒部３１ａには、図５（Ａ）に示すように、外壁面３１ｆから雌側筒部３１ａの軸中心に向かって延びる取付孔３１ｅが２個形成されている。各取付孔３１ｅはロッド軸方向に所定量離れていて、図５（Ｂ）に示すように、雌側筒部３１ａの周方向に１８０度離れて配置されている。取付孔３１ｅは、連結ピン３３の抜け止めを行うための抜け止めボルト３４を取付けるものである。このため、図４に示すように、抜け止めボルト３４の先端が連結ピン３３に形成されている係合溝３３ａに係合することで、連結ピン３３が雌側溝３１ｃと雄側溝３２ｃとから抜け落ちないようになっている。

ところで、発明が解決しようとする課題で説明したように、従来のジョイント構造Ｊ２では、雌側筒部１３１ａの内壁面１３１ｂと雄側軸部１３２ａの周面１３２ｂとのガタ付きが大きくなると、雌側筒部１３１ａと雄側軸部１３２ａとがトルク伝達で僅かに相対回転する際に、雄側溝１３２ｃの右端部１３２ｃ３又は左端部１３２ｃ２が連結ピン１３３に当接する（図１２参照）。これにより、雌側溝１３１ｃにクラックＬ１（図１０参照）が生じたり、連結ピン１３３が破損するというトラブルが生じるおそれがあった。この問題点に対して、雄側溝１３２ｃの両端部１３２ｃ２，１３２ｃ３が連結ピン１３３に当接しないように、雄側溝１３２ｃを雄側軸部１３２ａの周面１３２ｂからより深い位置まで形成することが考えられる。しかしこの方法では、雄側軸部１３２ａをより多く削り取ることになるため、雄側軸部１３２ａの強度が低下するという点で好ましくない。

そこで、本実施形態では、雄側軸部３２ａの強度をできるだけ低下させることなく、上記した問題点を解決できるように雄側溝３２ｃが構成されている。ここで、図７は、図４のＣ部分の拡大図であり、連結ピン３３の軸中心Ｏ１（図３参照）の高さ位置でロッド軸方向と直交する断面を見た状態を示している。図７に示すように、雄側溝３２ｃは、直線状ではなく円弧状（Ｒ状）になるように形成されていて、雄側溝３２ｃの左端部３２ｃ２と連結ピン３３との間の距離Ｄ２と、雄側溝３２ｃの右端部３２ｃ３と連結ピン３３との間の距離Ｄ３は、雄側溝３２ｃの中央部３２ｃ１と連結ピン３３との間の距離Ｄ１より大きくなっている。そして、雄側溝３２ｃは、中央部３２ｃ１から両端部（左端部３２ｃ２，右端部３２ｃ３）に向かって連結ピン３３から遠くなる円弧状に形成されている。

この雄側溝３２ｃは、例えば五面加工機によって成形されている。五面加工機は加工ヘッド上にセットした雄側ロッド３２に対して５方面（上面、前面、後面、左側面、右側面）から同一の工具によって加工するＮＣ工作機であり、工具及び材料（雄側ロッド３２）のセットが一度で済むため、大型構造物である雄側ロッド３２の加工に有効である。中央部３２ｃ１と連結ピン３３との間の距離Ｄ１は１ｍｍであり、両端部３２ｃ２，３２ｃ３と連結ピン３３との間の距離Ｄ２，Ｄ３は２ｍｍである。

こうして、本実施形態の雄側溝３２ｃでは、中央部３２ｃ１及び両端部３２ｃ２，３２ｃ３の全体が雄側軸部３２ａの周面３２ｂから深く削り取られたものではない。つまり、従来の雄側溝１３２ｃ（図１１参照）と比べて、両端部３２ｃ２，３２ｃ３については多く削り取っているものの、中央部３２ｃ１についてはほぼ同程度に削り取っている。このため、雄側軸部３２ａの強度をできるだけ低下させないようになっている。上記した距離Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３はあくまで一例として示した値であって、掘削ロッド３０の大きさに応じて適宜変更可能である。なお、上記では図３の上側に示されている雄側溝３２ｃの形状について説明したが、図３の下側に示されている雄側溝３２ｃの形状も同様であるため、その説明を省略する。

本実施形態の作用効果について説明する。
本実施形態の掘削ロッド３０によれば、図７に示すように、雄側溝３２ｃの両端部３２ｃ２，３２ｃ３と連結ピン３３との間の距離Ｄ２，Ｄ３が、雄側溝３２ｃの中央部３２ｃ１と連結ピン３３との間の距離Ｄ１より大きい。このため、図８で模式的に示すように、雌側筒部３１ａの内壁面３１ｂと雄側軸部３２ａの周面３２ｂとのガタ付きが大きくなっても、雌側筒部３１ａと雄側軸部３２ａとがトルク伝達で僅かに相対回転する際に、雄側溝３２ｃの右端部３２ｃ３が連結ピン３３に当接し難くなる。同様に、雄側溝３２ｃの左端部３２ｃ２が連結ピン３３に当接し難くなる（図示省略）。この結果、雌側溝３１ｃにクラックＬ１が生じたり、連結ピン３３が破損するというトラブルをできるだけ回避できて、掘削ロッド３０の寿命を約１〜２年よりも大幅に長くすることができる。

ここで、変形実施形態の雄側溝３２ｅについて図９を参照して説明する。図９に示すように、変形実施形態の雄側溝３２ｅは、台形形状になるように形成されている。雄側溝３２ｅの左端部３２ｅ２と連結ピン３３との間の距離Ｅ２、雄側溝３２ｅの右端部３２ｅ３と連結ピン３３との間の距離Ｅ３は、雄側溝３２ｅの中央部３２ｅ１と連結ピン３３との間の距離Ｅ１より大きくなっている。距離Ｅ１は１ｍｍであり、上記した距離Ｄ１と同じである。また、距離Ｅ２，Ｅ３はそれぞれ２ｍｍであり、上記した距離Ｄ２，Ｄ３と同じである。こうして、変形実施形態でも、上記した作用効果と同様、雄側溝３２ｅの左端部３２ｅ２及び右端部３２ｅ３が連結ピン３３に当接し難くなり、掘削ロッド３０の寿命を大幅に長くすることができる。

これに対して、本実施形態の雄側溝３２ｃは以下の特有の作用効果を有する。即ち、図７に示す円弧状の雄側溝３２ｃを成形することは、図９に示す台形形状の雄側溝３２ｅを成形する場合に比べて、五面加工機に対する指令値が少なくて済む。つまり、円弧状の雄側溝３２ｃでは、台形形状の雄側溝３２ｅのように角部分が無くて連続的に成形できるため、角部分に対する指令値を入力する手間がなくなる。このため、円弧状の雄側溝３２ｃを成形し易い。また、仮に円弧状の雄側溝３２ｃが連結ピン３３に当接したとしても、連結ピン３３に局所的な荷重が作用することを防止できる。従って、雌側溝３１ｃにクラックＬ１が生じたり、連結ピン３３が破損するというトラブルをより回避することができる。

以上、本発明に係る建設機械用ロッドの実施形態について説明したが、本発明はこの実施形態に限定されることはなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、本実施形態において、雌側筒部３１ａの内壁面３１ｂの断面と雄側軸部３２ａの周面３２ｂの断面は六角形状であったが、八角形状であっても良い。つまり、雌側筒部３１ａと雄側軸部３２ａがトルク伝達可能であれば、雌側筒部３１ａの内壁面３１ｂの断面と雄側軸部３２ａの周面３２ｂの断面の形状は適宜変更可能である。
また、本実施形態において、雄側溝３２ｃは円弧状になるように形成されているが、雄側溝３２ｃの形状は適宜変更可能であり、例えば雄側溝は中央部が連結ピン３３に近くなるような三角形状であっても良い。

また、本実施形態において、上側に雌側ロッド３１が配置されて、下側に雄側ロッド３２が配置されている掘削ロッド３０であったが、上側に雄側ロッドが配置され、上側に雌側ロッドが配置されている掘削ロッドであっても良い。
また、本実施形態では建設機械用ロッドとして掘削ロッド３０を例にして説明したが、本発明は掘削ロッド３０以外にも適用できるものである。つまり、雌側ロッドと雄側ロッドとがトルク伝達可能に連結し、雌側ロッドと雄側ロッドとのロッド軸方向の相対移動が連結ピンによって規制されている建設機械用ロッドであれば、本発明を適用することができる。

１ 杭打機
３０ 掘削ロッド
３１ 雌側ロッド
３１ａ 雌側筒部
３１ｂ 内壁面
３１ｃ 雌側溝
３１ｅ 取付孔
３２ 雄側ロッド
３２ａ 雄側軸部
３２ｂ 周面
３２ｃ，３２ｅ 雄側溝
３２ｃ１，３２ｅ１ 中央部
３２ｃ２，３２ｅ２ 左端部
３２ｃ３，３２ｅ３ 右端部
３３ 連結ピン
３４ 抜け止めボルト
Ｊ１ ジョイント構造

Claims (1)

1. 雌側筒部を有する雌側ロッドと、
   雄側軸部を有する雄側ロッドとを備え、
   前記雌側筒部に前記雄側軸部が挿通されて、前記雌側ロッドと前記雄側ロッドとがトルク伝達可能に連結していて、
   前記雌側筒部の内壁面に、ロッド軸方向と直交する方向に延びる略Ｕ字状の雌側溝が形成され、
   前記雄側軸部の周面に、ロッド軸方向と直交する方向に延びる略Ｕ字状の雄側溝が形成され、
   前記雌側溝と前記雄側溝とに連結ピンが挿通されて、前記雌側ロッドと前記雄側ロッドとがロッド軸方向の相対移動を規制されている建設機械用ロッドにおいて、
   前記連結ピンの軸中心の高さ位置で前記ロッド軸方向と直交する断面を見たときに、前記雄側溝は、中央部から両端部に向かって前記連結ピンから遠くなる円弧状に形成されていること、
   を特徴とする建設機械用ロッド。

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