JP6712622B2 - 軸受装置および建設機械 - Google Patents

Description

本発明は、軸体を回動自在に保持するベアリングを有する軸受装置およびこれを備えた建設機械に関する。

建設機械のフロント作業機には複数の軸部があり、その軸部の潤滑および保護のためには定期的なグリス供給が必要となっている。しかしながら、グリス供給作業は時間を要することから、グリスの供給間隔の長期間化やグリスの供給自体を不要とするメンテナンスフリー化が望まれている。

メンテナンスフリー化する手段として、フローティングシールを用いてグリスを潤滑部に封入する構成が知られている。この構成では、例えば一方のボス部を一方のブラケットのボス孔に嵌合固着し、他方のボス部を軸体の一端部に固着して他方のブラケットのボス孔に嵌合させ、これら両ボス部とスリーブの相対向する面に設けたシール溝にフローティングシールを装着し、他方のボス部を、フローティングシールに密閉性を発揮させるための軸方向初期圧縮荷重を加えた状態で他方のブラケットに着脱自在に取り付ける（例えば、特許文献１参照。）。

実開昭６０−２４９２８号公報

上記構成の場合、ブラケット間の寸法精度が良好でないと所望の軸方向初期圧縮荷重がかけられない可能性がある。例えばブラケット間の寸法が想定よりも広い場合、ボス部の取付用ねじを最大限締め付けたとしても隙間を縮めることができず、したがってフローティングシールに対して十分な圧縮荷重を加えることができず、密封性を得ることが容易でない。

特に、建設機械のフロント作業機は溶接構造物の場合が多く、溶接による熱歪みにより細かい寸法を正しく仕上げることは容易でない。このような場合、切削等の機械加工により最終的に正しい寸法となるよう取付面を作る必要があるが、その加工には時間とコストが掛かる。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、シール部材による密閉性を確保でき、長期間に亘り潤滑剤の追加供給が不要となる軸受装置およびこれを備えた建設機械を提供することを目的とするものである。

請求項１記載の発明は、筒状部と、筒状部に挿通される軸体と、軸体に取り付けられて筒状部に内挿される本体部と、筒状部に対して外部に位置する対向部とを有する筒状の保持部材と、軸体に設けられ、軸体に対する保持部材の軸方向位置を規制する規制部と、筒状部の外部の位置で軸体を回動自在に保持するベアリングを有し、一端部が保持部材の対向部と対向して位置する筒状の軸受部材と、保持部材の対向部と軸受部材の一端部との間に挟まれる潤滑剤封止用のシール部材と、軸受部材の他端部側から軸体の端部に取り付けられて軸体に対する軸受部材の軸方向位置を規制する取付部材とを具備した軸受装置である。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の軸受装置において、軸受部材の他端部を覆う蓋体と、蓋体と軸受部材との隙間を封止する端部シール部材とを備える軸受装置である。

請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の軸受装置において、軸体と保持部材との接触部を封止する内側シール部材を備える軸受装置である。

請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか一記載の軸受装置を備える建設機械である。

請求項１記載の発明によれば、筒状部に挿通した軸体に保持部材を取り付け、軸体に対する保持部材の軸方向位置を規制部により規制し、筒状部の外部の位置で軸体を回動自在に保持するベアリングを有する軸受部材の一端部とこれと対向する保持部材の対向部との間にシール部材を挟んで、軸受部材の他端部側から軸体の端部に取付部材を取り付けて軸体に対する軸受部材の軸方向位置を規制するため、寸法精度を出しやすい規制部の位置と、保持部材の軸方向長さ、軸受部材の軸方向長さ、および、軸体全体の長さによって、シール部材に軸方向荷重が加えられる位置関係が固定されるとともに、取付部材によって軸受部材を保持部材側に押し付けて、シール部材に必要な軸方向荷重を加え、維持することができる。そのため、シール部材による密閉性を確保でき、軸受部材のベアリングのある空間を密閉して、ベアリングに対して長期間に亘り潤滑剤の追加供給が不要となる。

請求項２記載の発明によれば、軸受部材の他端部を蓋体により覆うとともに、蓋体と軸受部材との隙間を端部シール部材により封止することで、軸受部材の他端部からの潤滑剤の漏れを防止でき、ベアリングのある空間に充填された潤滑剤を、より確実に封止できる。

請求項３記載の発明によれば、軸体と保持部材との接触部を内側シール部材により封止することで、ベアリングのある空間に充填された潤滑剤を、より確実に封止できる。

請求項４記載の発明によれば、請求項１乃至３のいずれか一記載の軸受装置を備えることで、メンテナンスが容易な建設機械を安価に提供できる。

本発明に係る軸受装置の一実施の形態を示す断面図である。 同上軸受装置の一端側を示す斜視図である。 （ａ）は図１のＩ−Ｉ相当位置の断面図、（ｂ）は図１のII−II相当位置の断面図である。 同上軸受装置を示す分解斜視図である。 同上軸受装置を備える建設機械を示す側面図である。

以下、本発明を、図１乃至図５に示された一実施の形態に基いて詳細に説明する。

図５は、油圧ショベル型の建設機械10を示す。この建設機械10は、機体11と、キャブ12と、フロント作業機である作業装置13とを備えている。

機体11は、下部走行体15と、この下部走行体15上に旋回可能に設けられた上部旋回体16とを備えている。機体11は、下部走行体15を駆動する走行モータ17を備えている。また、機体11は、上部旋回体16を駆動する旋回モータ18を備えている。

キャブ12および作業装置13は、それぞれ機体11（上部旋回体16）に搭載される。作業装置13は、第１の被連結体としてのブーム21と、第２の被連結体としてのスティックであるアーム22と、第３の被連結体としてのバケット23とをそれぞれ備えている。また、作業装置13は、第４の被連結体としての対をなすブームシリンダ25と、第５の被連結体としてのスティックシリンダであるアームシリンダ26と、第６の被連結体としてのバケットシリンダ27とを備えている。

ブーム21は、上部旋回体16に基端が上下方向回動自在に軸支されている。アーム22は、ブーム21の先端に回動自在に軸支されている。バケット23は、アーム22の先端に第７の被連結体としてのリンケージ28を介して回動可能に軸支されている。そして、ブーム21は、ブームシリンダ25によって回動され、アーム22は、アームシリンダ26により回動され、バケット23は、バケットシリンダ27により回動される。すなわち、本実施の形態の作業装置13には、複数の位置に軸受装置30が用いられている。本実施の形態では、例えばブーム21の基端と上部旋回体16との連結部、ブーム21の先端とアーム22の基端側との連結部、ブームシリンダ25の基端側と上部旋回体16との連結部、ブームシリンダ25の先端側とブーム21との連結部、アームシリンダ26の基端側とブーム21との連結部、アームシリンダ26の先端側とアーム22の基端側との連結部、アーム22の先端側とリンケージ28との連結部、アーム22の先端側とバケット23との連結部、バケットシリンダ27の基端側とアーム22との連結部、バケットシリンダ27の先端側とリンケージ28との連結部、および、リンケージ28とバケット23との連結部に、軸受装置30a〜30kが用いられている。以下、本実施の形態の軸受装置30としては、例えば軸受装置30dを例に挙げて説明するが、例えばホイールローダ等の他の建設機械の軸受装置としても用いることができる。

軸受装置30は、建設機械10用のものであり、本実施の形態では、建設機械10の作業装置13用のものである。図１および図４に示されるように、軸受装置30は、一対の筒状部であるボス部32，32を備えている。各ボス部32は、円筒状に形成され、建設機械10（図５）の車幅方向である左右に互いに離れて位置している。また、ボス部32，32は、被取付部であるブラケット33，33に例えば溶接等によりそれぞれ一体的に取り付けられている。ブラケット33，33は、軸受装置30dの場合、ブーム21に形成されるブームプレートである。ブラケット33，33には、補強板であるダブリングプレート34，34が取り付けられていてもよい。また、ボス部32，32間は、連結部材である円筒状のスリーブ35により連結されていてもよい。

また、軸受装置30は、軸体であるシャフト36を備え、このシャフト36が、保持部材である円筒状のカラー37，37により保持されるとともに、円筒状の軸受部材38，38に備えられるベアリング39，39により回動可能に保持されている。

シャフト36は、ボス部32，32間に亘り左右方向に沿って配置されるものである。本実施の形態のシャフト36は、円柱状に形成されている。本実施の形態のシャフト36は、両端部を構成する被保持部である小径部41，41間に、中央部を構成する規制部である大径部42が一体形成されている。すなわち、シャフト36は、中央部の径が相対的に大きく、両端部の径が相対的に小さく設定されている。また、シャフト36は、ボス部32，32間の距離よりも長く形成され、両端部をなす小径部41，41がボス部32，32から両側外方に突出するように配置される。

大径部42は、シャフト36において、径方向に段差状に突出する突出部である。つまり、大径部42は、小径部41，41から径方向に延出する規制面である延出面42a，42aを両端に備えている。また、大径部42は、ボス部32，32間の距離よりも短い長手寸法を有してボス部32，32間に位置し、本実施の形態では、スリーブ35の内部に位置している。

カラー37，37は、シャフト36の小径部41，41に同軸状に取り付けられている。各カラー37は、各ボス部32に内挿されて嵌合される本体部44と、各ボス部32に対して外部に位置する対向部45とを一体的に有している。本体部44は、円筒状に形成され、ボス部32から内方、すなわちシャフト36の軸方向の中央部側に延出している。また、本体部44は、一端部がシャフト36の大径部42の延出面42a，42aと当接している。このため、各カラー37のシャフト36に対する軸方向位置が規制されている。また、対向部45は、本体部44の大径部42とは反対側である他端部に形成されている。対向部45は、本体部44に対してフランジ状に突出して形成され、ボス部32の外面に当接している。

また、各カラー37とシャフト36との少なくともいずれかには、一方の他方に対する空転を防止する空転防止部47が形成されている（図３（ａ））。空転防止部47は、本実施の形態において、例えばカラー37の本体部44の内周側とシャフト36の小径部41の大径部42側の端部との位置にキー状に形成されている。さらに、各カラー37とシャフト36との間は、内側シール部材であるＯリング48によりそれぞれ封止されている。本実施の形態において、各Ｏリング48は、シャフト36の小径部41の外周面に周方向にそれぞれ形成された取付凹部49に保持され、各カラー37の本体部44の内周面に圧接されている。

また、各カラー37と各ボス部32との少なくともいずれかには、一方の他方に対する空転を防止する空転防止部50が形成されている（図３（ｂ））。各空転防止部50は、本実施の形態において、例えばカラー37の本体部44の外周側とボス部32との位置にキー状に形成されている。

各軸受部材38は、各ボス部32の外部に位置している。軸受装置30dの場合、各軸受部材38は、各ブームシリンダ25のシリンダロッドの先端部にそれぞれ一体的に形成されている。各軸受部材38は、一端部である内側の端部が各カラー37の対向部45と対向している。

各ベアリング39は、各軸受部材38に内挿されて各軸受部材38と同軸状に配置される。各ベアリング39は、各軸受部材38に対して嵌合されて一体的に固定されている。各ベアリング39は、潤滑剤であるオイルにより潤滑される。

そして、各軸受部材38と各カラー37との間には、シール部材であるフローティングシール53がそれぞれ挟み込まれて、これら軸受部材38とカラー37との隙間がフローティングシール53により閉塞されている。フローティングシール53は、ベアリング39内に収容されたオイルの漏れを防止するものである。フローティングシール53は、例えば金属製の保持リングであるメタルシールリング53aおよびこのメタルシールリング53aの外周側に保持された例えば樹脂性のリングであるＯリング53bを一対ずつ備え、メタルシールリング53a，53a同士が互いに摺接して周方向に回動可能となっている。そして、このフローティングシール53は、一端側（内側）が各カラー37の各軸受部材38側の端部である対向部45に形成された取付溝部54に保持され、他端側（外側）が各軸受部材38の各カラー37の対向部45に対向する端部にてベアリング39の周囲に形成された保持溝部55に保持される。

そして、各軸受部材38は、シャフト36に対して、他端部側すなわち各カラー37と反対側から取付部材57により押し込まれてそれぞれ一体的に固定されている。このため、各軸受部材38は、シャフト36に対する軸方向位置が取付部材57によってそれぞれ規制されている。各取付部材57は、例えば円形の平板状に形成されており、固定手段としてのボルト58によりシャフト36の端部、本実施の形態では小径部41の端部に固定される。すなわち、各取付部材57には、ボルト58が挿入される通孔60が例えば複数形成されており、これらの通孔60に挿入されたボルト58が、シャフト36の端部に形成された例えば複数の取付用穴61に螺合されることで、各取付部材57がシャフト36に対してそれぞれ固定される。

また、各軸受部材38の他端部である外側の端部には、本実施の形態において、取付部材57が配置される凹部63がそれぞれ形成されている。凹部63は、各軸受部材38に軸方向に沿って凹設され、各軸受部材38と同軸状となっている。この凹部63には、ベアリング39の端部が露出して臨んでいる。つまり、この凹部63は、ベアリング39がある空間の一部を構成している。また、各凹部63の底部は、各取付部材57が重ねられる座部63aとなっている。座部63aは、ベアリング39の端部と面一または略面一に形成されている。さらに、各凹部63は、取付部材57の厚みおよびボルト58の頭部の高さを加えた寸法以上の深さに形成されている。そして、各凹部63は、軸受部材38に取り付けられた蓋体65によりそれぞれ覆われている。

図１および図２に示される各蓋体65は、軸受部材38の他端部である外側の端部を覆うものである。各蓋体65は、例えば各軸受部材38の外側の端部と同径または略同径の円板状に形成されている。また、各蓋体65には、凹部63にそれぞれ嵌合される嵌合部66が突設されている。嵌合部66は、円環状に形成されており、凹部63の内周面に沿って凹部63に挿入されて嵌合される。また、各蓋体65と各軸受部材38との隙間は、端部シール部材であるＯリング67によりそれぞれ封止されている。各Ｏリング67は、本実施の形態において、各蓋体65の嵌合部66の外周側に形成された溝部68に保持され、軸受部材38の凹部63の内周面に圧接されている。

そして、各蓋体65は、蓋体固定手段としてのボルト70により軸受部材38の端部に固定される。すなわち、各蓋体65には、ボルト70がワッシャ71を介して挿入される通孔72が例えば複数形成されており、これらの通孔72に挿入されたボルト70が、軸受部材38の他端部である外側の端部に形成された例えば複数の取付用穴73に螺合されることで、各蓋体65が各軸受部材38に対してそれぞれ固定される。

なお、蓋体65は、軸受装置30の一端側と他端側とで略左右対称であるから、図２に一端側のみを図示し、他端側の図示を省略している。

次に、図示された実施の形態の作用を説明する。

軸受装置30を組み立てる際には、小径部41，41および大径部42を備えるシャフト36を予め形成しておき、このシャフト36を、ボス部32，32およびスリーブ35に対して挿通させる。この状態で、シャフト36は、両端の小径部41，41がそれぞれボス部32，32から外側へと突出した状態となる。

次いで、シャフト36の取付凹部49，49にＯリング48，48を取り付けるとともに、シャフト36の両端部にカラー37を取り付ける。各カラー37は、本体部44をシャフト36の端部から小径部41に挿入させ、ボス部32，32に対して嵌合する。このとき、空転防止部47，50を位置合わせしておくことで、各カラー37は、シャフト36および各ボス部32に対して回り止めされた状態で一体的に固定されるとともに、本体部44の端部をシャフト36の大径部42の延出面42aにそれぞれ当接させることで、シャフト36に対する軸方向位置を規制する。つまり、シャフト36に対する各カラー37の軸方向位置が、シャフト36の大径部42の寸法と各カラー37の軸方向長さとによって設定される。各カラー37の対向部45は、それぞれ各ボス部32の外側に露出する。カラー37の外側の端部の取付溝部54には、フローティングシール53を取り付ける。

さらに、各カラー37から外側に突出するシャフト36の各小径部41に対して、軸受部材38をそれぞれ取り付ける。各軸受部材38は、各カラー37の対向部45に対向する端部の保持溝部55にフローティングシール53を保持し、ベアリング39でシャフト36の小径部41を回動自在に保持する。ベアリング39には、予め潤滑剤であるオイルを供給しておく。そして、各軸受部材38に対して外側から、各取付部材57を各軸受部材38の凹部63に内挿し、座部63aに重ねて、ボルト58によりシャフト36に固定する。これにより、シャフト36に対する各軸受部材38の軸方向位置が、各取付部材57のシャフト36へのボルト58の締め付けにより設定される。そこで、各軸受部材38と各カラー37とにより挟まれるフローティングシール53に対して、所定の軸方向荷重（軸方向初期圧縮荷重）が加えられる。この所定の軸方向荷重とは、フローティングシール53に応じて予め設定されている荷重であり、フローティングシール53の一対のメタルシールリング53aを軸方向に圧接してフローティングシール53が所定のシール性能を発揮し得る荷重である。

その後、各軸受部材38の外側の端部に対し、Ｏリング67を取り付けた嵌合部66を凹部63にそれぞれ内挿しつつ、各蓋体65をボルト70により固定する。

この結果、軸受装置30は、シャフト36とカラー37，37とが一体的に固定され、これら一体的に固定されたシャフト36とカラー37，37とが、カラー37，37によりボス部32，32に対して一体的に固定される。このため、シャフト36をベアリング39，39により回動自在に保持する軸受部材38，38と、これら軸受部材38，38に取り付けられた蓋体65，65とが、シャフト36、カラー37，37およびボス部32，32に対して相対的に回動可能となる。この回動の際、フローティングシール53は、一方のメタルシールリング53aおよびＯリング53bがカラー37，37に保持され、他方のメタルシールリング53aおよびＯリング53bが軸受部材38，38に保持されているため、軸方向荷重により互いに圧接されるメタルシールリング53a，53a同士が摺接しながら、一方のメタルシールリング53aに対して他方のメタルシールリング53aが相対的に回動し、ベアリング39，39がある空間の密閉性を保つ。

上述したように、本実施の形態によれば、ボス部32に挿通したシャフト36にカラー37を取り付け、シャフト36に対するカラー37の軸方向位置を大径部42により規制し、ボス部32の外部の位置でシャフト36を回動自在に保持するベアリング39を有する軸受部材38の一端部とこれと対向するカラー37の対向部45との間にフローティングシール53を挟んで、軸受部材38の他端部側からシャフト36の端部に取付部材57を取り付けてシャフト36に対する軸受部材38の軸方向位置を規制するため、シャフト36の大径部42の位置や寸法と、カラー37の軸方向長さ、軸受部材38の軸方向長さ、および、シャフト36全体の長さにより、フローティングシール53に軸方向荷重が加えられる位置関係が固定される。これらは機械加工を施すことが比較的容易であり、寸法精度を出しやすく、正確な寸法を得やすいとともに、取付部材57によって軸受部材38をカラー37側に押し付けることでフローティングシール53に必要な軸方向荷重を加え、その荷重を維持できる。このため、カラー37と軸受部材38とに挟まれるフローティングシール53の開きを防止してフローティングシール53による密閉性を確保でき、軸受部材38のベアリング39のある空間をフローティングシール53により密閉して、ベアリング39に対して長期間に亘り潤滑剤であるオイルの追加供給が不要な、メンテナンスフリー化を実現できる。

特に、建設機械10の作業装置13は、溶接構造物の場合が多く、溶接歪みが発生しやすいとともに、サイズも大きいため、ブラケット33，33と一体に形成されるボス部32，32の間隔を正しく得るには、大掛かりな機械加工が必要となるものの、上記のように、フローティングシール53を挟む寸法を、ばらつきを生じるおそれがあるボス部32，32間の寸法に依存することなく、寸法精度が良好なシャフト36、各カラー37、および、各軸受部材38を利用して、フローティングシール53を軸方向に挟むための寸法を固定できる。したがって、ボス部32，32間の寸法は過度の精度を必要とせず、機械加工も簡易なものであっても、フローティングシール53に所定の軸方向荷重を加えることができ、フローティングシール53によるシール性を損なうことがない。

また、軸受部材38のカラー37とは反対側の端部を蓋体65により覆うとともに、蓋体65と軸受部材38との隙間をＯリング67で封止することで、軸受部材38のカラー37とは反対側の端部からの潤滑剤の漏れを防止でき、ベアリング39のある空間に充填された潤滑剤を、より確実に封止できる。このため、軸受部材38において、取付部材57が収容される凹部63内に潤滑剤であるオイルを封入することができ、より良好な潤滑性を得ることができる。また、蓋体65によって軸受装置30の側部が覆われるため、デザイン性に優れるとともに、シャフト36側への土砂等の侵入や取付部材57への石等の衝突を抑制できる。

さらに、シャフト36と各カラー37の接触部をＯリング48で封止することで、ベアリング39のある空間に充填された潤滑剤であるオイルを、より確実に封止できる。

そして、上記の軸受装置30を備えることで、メンテナンスが容易な建設機械10を安価に提供できる。

なお、上記の実施の形態において、ボス部32は、軸受装置30の両側に一つずつそれぞれ形成されるものとしたが、両側に亘り連続する一つが形成されるように構成されてもよい。

上記のカラー37と軸受部材38とによるフローティングシール53の挟み込み構造は、シャフト36の一端側にのみ形成されていてもよい。

シャフト36の大径部42は、カラー37の軸方向位置を規制できれば、シャフト36の軸方向に一体的に連続するものに限定されず、各カラー37に応じてそれぞれ別個に形成されていてもよい。

蓋体65は必須の構成ではなく、例えば取付部材7と軸受部材38との隙間を封止するように端部シール部材を設けてもよい。

本発明は、例えば建設機械の作業装置に用いられる各種軸受装置や、この軸受装置を搭載した建設機械を製造、販売等する事業者にとって、産業上の利用可能性がある。

10 建設機械
30 軸受装置
32 筒状部であるボス部
36 軸体であるシャフト
37 保持部材であるカラー
38 軸受部材
39 ベアリング
42 規制部である大径部
44 本体部
45 対向部
48 内側シール部材であるＯリング
53 シール部材であるフローティングシール
57 取付部材
65 蓋体
67 端部シール部材であるＯリング

Claims (4)

1. 筒状部と、
   筒状部に挿通される軸体と、
   軸体に取り付けられて筒状部に内挿される本体部と、筒状部に対して外部に位置する対向部とを有する筒状の保持部材と、
   軸体に設けられ、軸体に対する保持部材の軸方向位置を規制する規制部と、
   筒状部の外部の位置で軸体を回動自在に保持するベアリングを有し、一端部が保持部材の対向部と対向して位置する筒状の軸受部材と、
   保持部材の対向部と軸受部材の一端部との間に挟まれる潤滑剤封止用のシール部材と、
   軸受部材の他端部側から軸体の端部に取り付けられて軸体に対する軸受部材の軸方向位置を規制する取付部材と
   を具備したことを特徴とする軸受装置。
2. 軸受部材の他端部を覆う蓋体と、
   蓋体と軸受部材との隙間を封止する端部シール部材とを備える
   ことを特徴とする請求項１記載の軸受装置。
3. 軸体と保持部材との接触部を封止する内側シール部材を備える
   ことを特徴とする請求項１または２記載の軸受装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか一記載の軸受装置を備える
   ことを特徴とする建設機械。

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