特許 6158049 建設機械のアーム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6158049

(24)【登録日】2017年6月16日

(45)【発行日】2017年7月5日

(54)【発明の名称】建設機械のアーム

(51)【国際特許分類】

   E02F 3/38 20060101AFI20170626BHJP

   E02F 9/00 20060101ALI20170626BHJP

【ＦＩ】

   E02F3/38 B

   E02F9/00 A

【請求項の数】3

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2013-234220(P2013-234220)

(22)【出願日】2013年11月12日

(65)【公開番号】特開2015-94129(P2015-94129A)

(43)【公開日】2015年5月18日

【審査請求日】2015年11月16日

(73)【特許権者】

【識別番号】505236469

【氏名又は名称】キャタピラー エス エー アール エル

(74)【代理人】

【識別番号】100075177

【弁理士】

【氏名又は名称】小野 尚純

(74)【代理人】

【識別番号】100113217

【弁理士】

【氏名又は名称】奥貫 佐知子

(74)【代理人】

【識別番号】100186897

【弁理士】

【氏名又は名称】平川 さやか

(72)【発明者】

【氏名】西本 和史

(72)【発明者】

【氏名】古賀 弘和

(72)【発明者】

【氏名】江川 功

【審査官】 石川 信也

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−２４１４２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２１９４４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０５−０５７０３８（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２０１２−２４１４２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２６１９５６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｅ０２Ｆ ３／３８

Ｅ０２Ｆ ９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

左，右一対の側板と、該一対の側板の前端に接合された前板と、該一対の側板の後端に接合された後板とから鉛直方向に見て断面が矩形の箱型構造体として形成されており、
該一対の側板の各々の上部後端には左，右一対の半円形状切欠きが形成され、該一対の切欠きにはブーム連結ボスが配設されており、
該ブーム連結ボスは、左，右方向に延びた円筒状ボス部と、該ボス部の左，右方向両端側の外周面から径方向外方に突出して周方向に延び該一対の切欠きに対応して形成された左，右一対の鍔部とを有し、該一対の鍔部の各々は該一対の切欠きの各々に接合されており、
該箱型構造体の内部には外周が該ボス部、該一対の鍔部、該一対の側板及び該前板に接合された補強板が配設されており、
該一対の鍔部の各々の外周縁には左，右方向内方に凹んだ左，右一対の段差部が形成されており、該一対の鍔部の各々は該補強板の前方に位置する前方鍔部と該補強板の後方に位置する後方鍔部とに区画されており、
該一対の段差部の各々の外面は該一対の切欠きの各々の内面に当接され、該一対の段差部の各々の外面は該一対の切欠きの各々の外面に接合され、且つ該後方鍔部において該一対の段差部の各々の内面は該一対の切欠きの各々の内面に接合されており、
該後方鍔部における該一対の段差部の各々の内面と該一対の切欠きの各々の内面との接合部の各々は、該補強板の後面から該後方鍔部の外周縁に沿って該一対の段差部の各々と該一対の切欠きの各々との当接部後端まで延び次いで該一対の側板の各々の後端外縁に沿って下方に延びている、
ことを特徴とする建設機械のアーム。

【請求項2】

該補強板は該ボス部から下方に向かって該後板と略平行に延び次いで前下方に向かって屈曲されて該前板まで延びている、請求項１記載の建設機械のアーム。

【請求項3】

該前板の外面には左，右一対の作業具シリンダブラケットが接合されており、該補強板の下端外周は該一対の作業具シリンダブラケットの後方において該前板の内面に接合されている、請求項１又は２記載の建設機械のアーム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、左，右一対の側板と、各側板の前端に接合された前板と、各側板の後端に接合された後板とから鉛直方向に見て断面が矩形の箱型構造体として形成され、その内部には補強板が配設されている建設機械のアームに関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、建設機械の代表例である油圧ショベルは、自走可能な下部走行体と、下部走行体上に旋回自在に搭載された上部旋回体と、上部旋回体に俯仰動自在に取付けられた作業腕装置とから大略構成されている。土砂等の掘削作業時には、作業腕装置が俯仰動作され、上部旋回体が下部走行体に対し旋回動作されることによって土砂等の掘削作業が行われるようになっている。

【0003】

作業腕装置は、上部旋回体の前部に俯仰動自在に取付けられたブームと、ブームの前部に回動自在に取付けられたアームと、アームの下部に回動自在に取付けられた作業具と、アーム及び作業具の間に配設された作業具リンクと、ブームを俯仰動させるブームシリンダと、アームを回動させるアームシリンダと、作業具を回動させる作業具シリンダとから大略構成されている。

【0004】

アームは、左，右一対の側板と、各側板の前端に溶接により接合された前板と、各側板の後端に溶接により接合された後板とから鉛直方向に見て断面が矩形の箱型構造体として形成されている。

【0005】

各側板の上部後端には、左，右一対の半円形状切欠きが形成されている。この切欠きには、ブームの前部に連結ピンによって連結されるブーム連結ボスが配設されている。ブーム連結ボスは、左，右方向に延びた円筒状ボス部と、ボス部の左，右方向両端側の外周面から径方向外方に突出して周方向に延びた左，右一対の鍔部とを有している。各鍔部は各切欠きに対応して形成されている。そして、各鍔部の外面は、各切欠きの外面に、アームの外方から溶接されて、接合されている。

【0006】

アームの内部には、掘削反力等による曲げ荷重やねじり荷重に対するアームの剛性を高めるために、アームの上部と下部とを仕切るようにして平板からなる矩形の補強板が配設されている。補強板は、その外周がブーム連結ボスのボス部、ブーム連結ボスの各鍔部、各側板及び前板に溶接により接合されている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０１２−２４１４２３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

上述したとおりの従来の建設機械のアームには、次のとおり解決すべき課題がある。

【0009】

アームは、内部に補強板が配設されていることによって剛性が高められているものの、掘削作業の際に荷重が作用すると、その構造や荷重の方向等からブーム連結ボスの周囲、特に各鍔部の外面と各切欠きの外面とを接合している溶接部、に応力が集中して、この溶接部に亀裂が入るおそれがある。

【0010】

本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術的課題は、ブーム連結ボスの周囲に発生する応力を低減して、各鍔部の外面と各切欠きの外面とを接合している溶接部に亀裂が入ることを防止することができる建設機械のアームを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明によれば、上記技術的課題を達成するアームとして、左，右一対の側板と、該一対の側板の前端に接合された前板と、該一対の側板の後端に接合された後板とから鉛直方向に見て断面が矩形の箱型構造体として形成されており、該一対の側板の各々の上部後端には左，右一対の半円形状切欠きが形成され、該一対の切欠きにはブーム連結ボスが配設されており、該ブーム連結ボスは、左，右方向に延びた円筒状ボス部と、該ボス部の左，右方向両端側の外周面から径方向外方に突出して周方向に延び該一対の切欠きに対応して形成された左，右一対の鍔部とを有し、該一対の鍔部の各々は該一対の切欠きの各々に接合されており、該箱型構造体の内部には外周が該ボス部、該一対の鍔部、該一対の側板及び該前板に接合された補強板が配設されており、該一対の鍔部の各々の外周縁には左，右方向内方に凹んだ左，右一対の段差部が形成されており、該一対の鍔部の各々は該補強板の前方に位置する前方鍔部と該補強板の後方に位置する後方鍔部とに区画されており、該一対の段差部の各々の外面は該一対の切欠きの各々の内面に当接され、該一対の段差部の各々の外面は該一対の切欠きの各々の外面に接合され、且つ該後方鍔部において該一対の段差部の各々の内面は該一対の切欠きの各々の内面に接合されており、該後方鍔部における該一対の段差部の各々の内面と該一対の切欠きの各々の内面との接合部の各々は、該補強板の後面から該後方鍔部の外周縁に沿って該一対の段差部の各々と該一対の切欠きの各々との当接部後端まで延び次いで該一対の側板の各々の後端外縁に沿って下方に延びている、ことを特徴とする建設機械のアームが提供される。

【0012】

該補強板は該ボス部から下方に向かって該後板と略平行に延び次いで前下方に向かって屈曲されて該前板まで延びているのが好適である。該前板の外面には左，右一対の作業具シリンダブラケットが接合されており、該補強板の下端外周は該一対の作業具シリンダブラケットの後方において該前板の内面に接合されているのが好都合である。

【発明の効果】

【0013】

本発明のアームにおいては、後方鍔部において各段差部の内面は各切欠きの内面に接合されている。このため、掘削作業によってブーム連結ボスの周囲に発生する応力の向きは下方向が支配的であることから、ブーム連結ボスの周囲に発生する応力が各段差部の内面と各切欠きの内面とを接合している溶接部に分散されることとなり、ブーム連結ボスの周囲に発生する応力を効果的に低減することができ、これによって、各鍔部の外面と各切欠きの外面とを接合している溶接部に亀裂が入ることを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明に係るアームの左側板を取外した状態での斜視図。

【図2】図１中のＡ方向から見た要部拡大図。

【図3】図２中のＢ−Ｂ方向から見た断面図。

【図4】図１中のブームシリンダボス及び上部側板等を拡大した斜視図。

【図5】図１に示す建設機械のアームを備えた油圧ショベルの側面図。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明に従って構成された建設機械のアームについて、代表的な建設機械である油圧ショベルにおける、図１から図５までに示された実施の形態を参照しながら説明する。

【0016】

図５を参照して説明する。全体を番号２で示す油圧ショベルは、自走可能な下部走行体４と、下部走行体４上に旋回自在に搭載された上部旋回体６と、上部旋回体６に俯仰動自在に取付けられた作業腕装置８とから大略構成されている。土砂等の掘削作業時には、作業腕装置８が俯仰動作され、上部旋回体６が下部走行体４に対し旋回動作されることによって土砂等の掘削作業が行われるようになっている。

【0017】

上部旋回体６は、骨組み構造体をなす旋回フレーム１０と、旋回フレーム１０の左前部に配設されていて作業員が搭乗する運転室１２と、旋回フレーム１０の後部に配設されていてエンジン等の機器を収容している機器収容室１４と、機器収容室１４の後方に配設されているカウンタウエイト１６等を有している。なお、本明細書の説明で用いられている前，後方向及び左，右方向は、図５に示すような作業腕装置８の先端が地面に接している状態において、運転室１２内に搭乗した作業員から見た前，後方向及び左，右方向である。

【0018】

作業腕装置８は、上部旋回体６の前部に俯仰動自在に取付けられたブーム１８と、ブーム１８の前部に回動自在に取付けられたアーム２０と、アーム２０の下部に回動自在に取付けられた作業具２２と、アーム２０及び作業具２２の間に配設された作業具リンク２４と、ブーム１８の側方の各々に配設されていてブーム１８を俯仰動させる左，右一対のブームシリンダ２６，２６と、ブーム１８の上方に配設されていてアーム２０を回動させるアームシリンダ２８と、アーム２０の前方に配設されていて作業具２２を回動させる作業具シリンダ３０とから大略構成されている。

【0019】

図１を参照して説明する。アーム２０は、上，下方向に延びた左，右一対の側板３２，３２と、各側板３２，３２の前端に溶接により接合された前板３４と、各側板３２，３２の後端に溶接により接合された後板３６とから鉛直方向に見て断面が矩形の箱型構造体として形成されている。

【0020】

また、アーム２０は、全長が数メートルにも及ぶ長尺な溶接構造体であることから製造時の取り扱いを容易にするため、各側板３２，３２、前板３４及び後板３６の各々は分割された構造となっている。

【0021】

各側板３２，３２は、ブーム１８側に位置する左，右一対の上部側板３８，３８と、作業具２２側に位置する左，右一対の下部側板４０，４０と、各上部側板３８，３８及び各下部側板４０，４０の間に位置する左，右一対の中間部側板４２，４２とから構成されている。そして、各上部側板３８，３８の下端と各中間部側板４２，４２の上端、各中間部側板４２，４２の下端と各下部側板４０，４０の上端、の各々は溶接により接合されている。

【0022】

各上部側板３８，３８の上端は、上方に凸に湾曲して形成されている。各上部側板３８，３８の上部後端には、左，右一対の半円形状切欠き３８ａ，３８ａが形成されている。各切欠き３８ａ，３８ａには、ブーム１８の前部に連結ピンによって連結されるブーム連結ボス４４が配設されている。

【0023】

図２から図４までを参照して説明する。ブーム連結ボス４４は、左，右方向に延び連結ピンが挿入される円筒状ボス部４４ａと、ボス部４４ａの左，右方向両端側の外周面から径方向外方に突出して周方向に延びた左，右一対の扇形状鍔部４４ｂ，４４ｂとを有している。各鍔部４４ｂ，４４ｂの半径部外周は、鈍角をなしている。また、各鍔部４４ｂ，４４ｂの円弧部外周は、各切欠き３８ａ，３８ａに対応して形成されている。

【0024】

各鍔部４４ｂ，４４ｂの円弧部外周縁には、左，右方向内方に凹んだ左，右一対の段差部４４ｃ，４４ｃが形成されている。また、各鍔部４４ｂ，４４ｂは、後述する補強板６４の前方に位置する前方鍔部４４ｄ，４４ｄと、補強板６４の後方に位置する後方鍔部４４ｅ，４４ｅとに区画されている。

【0025】

各段差部４４ｃ，４４ｃの外面は、各切欠き３８ａ，３８ａの内面に当接されている。そして、各段差部４４ｃ，４４ｃの外面は、円弧部外周縁に亘って、各切欠き３８ａ，３８ａの外面に、アーム２０の外方から溶接されて、接合されている。且つ、各段差部４４ｃ，４４ｃの内面は、各後方鍔部４４ｅ，４４ｅの円弧部外周縁において、各切欠き３８ａ，３８ａの内面に、アーム２０の内方から溶接されて、接合されている。各後方鍔部４４ｅ，４４ｅの円弧部外周縁における各段差部４４ｃ，４４ｃの内面と各切欠き３８ａ，３８ａの内面との溶接による接合部４５，４５の各々は、補強板６４の後面から各後方鍔部４４ｅ，４４ｅの円弧部外周縁に沿って各段差部４４ｃ，４４ｃと各切欠き３８ａ，３８ａとの当接部後端まで延び、次いで各上部側板３８，３８の後端外縁に沿って下方に延びている。

【0026】

各下部側板４０，４０の下端は、図１に示すように、上方に凸に湾曲して形成されており、作業具２２が連結ピンによって連結される作業具連結ボス４６が配設されている。作業具連結ボス４６は、左，右方向に延びた円筒状に形成されており、左，右方向両端側の外周面が各下部側板４０，４０の下端に溶接により接合されている。

【0027】

各下部側板４０，４０の上部には、左，右一対の円形孔４０ａ，４０ａが開けられている。各円形孔４０ａ，４０ａには、作業具リンク２４が連結ピンによって連結される作業具リンク連結ボス４８が配設されている。作業具リンク連結ボス４８は、左，右方向に延びた円筒状に形成されており、左，右方向両端側の外周面が各円形孔４０ａ，４０ａに溶接により接合されている。

【0028】

各中間部側板４２，４２の後端は、上端から下端まで鉛直に延びている。また、各中間部側板４２，４２の前端は、上部から下部に向かって前方に傾斜して延び、次いで後方に傾斜して延びており、側面視く字型に形成されている。

【0029】

前板３４は、ブーム１８側に位置する上部前板５０と、作業具２２側に位置する下部前板５２と、上部前板５０及び下部前板５２の間に位置する中間部前板５４とから構成されている。そして、上部前板５０の前部下端と中間部前板５４の上端、中間部前板５４の下端と下部前板５２の上端、下部前板５２の下端と作業具連結ボス４６の前部外周面、の各々は溶接により接合されている。

【0030】

上部前板５０は、各上部側板３８，３８の上端に沿って上方に凸に屈曲されている。上部前板５０の外面には、アームシリンダ２８が連結ピンによって連結される左，右一対のアームシリンダブラケット５６，５６が配設されている。各アームシリンダブラケット５６，５６は、略三角形状に形成されており、その上部には連結ピンが挿入されるピン孔５６ａ，５６ａが開けられている。各アームシリンダブラケット５６，５６は、左，右方向に所定の間隔をおいて上部前板５０に溶接により接合されている。

【0031】

中間部前板５４は、各中間部側板４２，４２の前端に沿って側面視く字型に屈曲されている。屈曲部の下方に位置する中間部前板５４の下部の外面には、作業具シリンダ３０が連結ピンによって連結される左，右一対の作業具シリンダブラケット５８，５８が配設されている。各作業具シリンダブラケット５８，５８は、略三角形状に形成されており、その下部には連結ピンが挿入されるピン孔５８ａ，５８ａが開けられている。各作業具シリンダブラケット５８，５８は、左，右方向に所定の間隔をおいて中間部前板５４に溶接により接合されている。

【0032】

後板３６は、ブーム１８側に位置する上部後板６０と、作業具２２側に位置する下部後板６２とから構成されている。そして、上部前板５０の後部下端と上部後板６０の上端、上部後板６０の下端と下部後板６２の上端、下部後板６２の下端と作業具連結ボス４６の後部外周面、の各々は溶接により接合されている。

【0033】

上部後板６０は、各鍔部４４ｂ，４４ｂの鈍角をなしている半径部外周に沿って側面視逆く字型に屈曲されている。上部後板６０は、各上部側板３８，３８の後端及び各中間部側板４２，４２の後端のほか、各鍔部４４ｂ，４４ｂの半径部外周に、アーム２０の外方から溶接されて、接合されている。屈曲部の下方に位置する上部後板６０の下部及び下部後板６２は鉛直に延びている。

【0034】

アーム２０の内部には、長方形状の鋼板が屈曲された補強板６４が配設されている。補強板６４は、ボス部４４ａの下端外周面から下方に向かって上部後板６０の下部及び下部後板６２と略平行に延び、次いで前下方に向かって屈曲されて中間部前板５４まで延びている。

【0035】

補強板６４の上端外周は、ボス部４４ａの下端外周面に当接されて溶接により接合されている。補強板６４の左，右両端外周は、各鍔部４４ｂ，４４ｂの内面、各上部側板３８，３８の内面及び各中間部側板４２，４２の内面に当接されて溶接により接合されている。補強板６４の下端外周は、各作業具シリンダブラケット５８，５８の後方において、中間部前板５４の下部の内面に当接されて溶接により接合されている。

【0036】

屈曲部の上方に位置する補強板６４の上部は、補強板６４とボス部４４ａの下端外周面との当接部が上方に向かって上部後板６０の下部及び下部後板６２と略平行に延長されると、ボス部４４ａの軸線を通るように位置付けられている。

【0037】

上述したとおりの、図１から図５までに示されたアーム２０の作用を説明する。

【0038】

本発明のアーム２０においては、各段差部４４ｃ，４４ｃの内面は、各後方鍔部４４ｅ，４４ｅの円弧部外周縁において、各切欠き３８ａ，３８ａの内面に、アーム２０の内方から溶接されて、接合されている。このため、掘削作業によってブーム連結ボス４４の周囲に発生する応力の向きは下方向が支配的であることから、ブーム連結ボス４４の周囲に発生する応力が各段差部４４ｃ，４４ｃの内面と各切欠き３８ａ，３８ａの内面とを接合している溶接部に分散されることとなり、ブーム連結ボス４４の周囲に発生する応力を効果的に低減することができ、これによって、各鍔部４４ｂ，４４ｂの外面と各切欠き３８ａ，３８ａの外面とを接合している溶接部に亀裂が入ることを防止することができる。

【0039】

また、本発明のアーム２０においては、各後方鍔部４４ｅ，４４ｅの円弧部外周縁における各段差部４４ｃ，４４ｃの内面と各切欠き３８ａ，３８ａの内面との溶接による接合部４５，４５の各々は、補強板６４の後面から各後方鍔部４４ｅ，４４ｅの円弧部外周縁に沿って各段差部４４ｃ，４４ｃと各切欠き３８ａ，３８ａとの当接部後端まで延び、次いで各上部側板３８，３８の後端外縁に沿って下方に延びている。このため、専用の治具が用いられなくても、各段差部４４ｃ，４４ｃの内面と各切欠き３８ａ，３８ａの内面との溶接による接合部４５，４５は、補強板６４の後面から各段差部４４ｃ，４４ｃと各切欠き３８ａ，３８ａとの当接部後端まで、のど厚が略一定に保たれ得る。この結果、各段差部４４ｃ，４４ｃの内面と各切欠き３８ａ，３８ａの内面との溶接による接合部４５，４５は、のど厚が急激に変化する、応力集中が生じやすい部位がなく、所要の強度が確保されることとなる。

【0040】

更に、補強板６４がボス部４４ａの下端外周面から下方に向かって上部後板６０の下部及び下部後板６２と略平行に延び次いで前下方に向かって屈曲されて中間部前板５４の下部の内面まで延びている。このため、掘削作業によってブーム連結ボス４４の周囲に発生する応力の向きは下方向が支配的であることから、ブーム連結ボス４４の周囲に発生する応力が補強板６４に分散されることとなり、ブーム連結ボス４４の周囲に発生する応力を効果的に低減することができ、これによって、各鍔部４４ｂ，４４ｂの外面と各切欠き３８ａ，３８ａの外面とを接合している溶接部に亀裂が入ることを防止することができる。

【0041】

更にまた、補強板６４は各作業具シリンダブラケット５８，５８の後方において中間部前板５４の下部の内面に当接されて溶接により接合されていることによって、作業具シリンダ３０が伸縮動作するときに、中間部前板５４を鉛直方向に見て中央部が前方又は後方に凸になるように作用する曲げ荷重に対する剛性も高められる。

【符号の説明】

【0042】

２０：アーム
３２：側板
３４：前板
３６：後板
３８：上部側板
３８ａ：切欠き
４０：下部側板
４０ａ：円形孔
４２：中間部側板
４４：ブーム連結ボス
４４ａ：ボス部
４４ｂ：鍔部
４４ｃ：段差部
４４ｄ：前方鍔部
４４ｅ：後方鍔部
４５：各段差部の内面と各切欠きの内面との接合部
５０：上部前板
５２：下部前板
５４：中間部前板
５８：作業具シリンダブラケット
５８ａ：ピン孔
６０：上部後板
６２：下部後板
６４：補強板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】