JP3950289B2 - 作業機のスライドアーム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、板材を折り曲げて三角断面構造にされたアームを組合わせてなる、主として建設機械に適用する作業機のスライドアームに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、建設機械における作業機の一部として組み込まれている筒形構造の部材としては、例えば油圧ショベルにおけるブーム・深堀掘削装置のアームや移動式クレーンのブームとして、四方を板材で囲む四角形断面のものが多く採用されている。これらはその強度を高めて使用に耐える構造とするために、このような構造がもっとも一般的であるとして用いられている。
【０００３】
しかしながら、現在多く採用されている四角形断面のブーム（アーム）は全体として重量が大きくなる傾向があり、このような重い長尺の部材を主要構成部品とする作業機を走行車輌の前部に設けると、全体の重量バランスを崩すことになり、そのためにカウンターウエイトを重くしたり、車輌の後端部を延長させるなどの対策が必要となる。また、作業機を搭載した車輌全体の重量が重くなって、それに伴なう燃費の増加など多くの問題点がある。
【０００４】
このようなことから、筒形構造の部材を備える作業機の軽量化として、従来の四角形断面の筒形部材に較べてより軽量化が可能な三角形断面の筒形構造部材について多くの提案がなされている。例えば、特公平３−１９３２９号公報によって、油圧ショベルにおけるブームとして下面側を狭くした逆梯形のものが開示されている。また、特開２０００−５１９３２号公報には、建設車輌などに使用できる部材として三角形チューブの製造方法が開示されている。この三角形チューブにあっては一枚の板を曲げ加工して一個所で突き合わせて溶接し、その各コーナー部分が円弧状に形成され、外観品質を高めて精度の高いものが得られることが記載されている。
【０００５】
一方、アメリカ特許第４７２８２４９号明細書には、三角断面をした部材を組合わせてなる伸縮ブームについて開示されている。この三角断面構造の伸縮ブーム１００は、図６に例示するように、厳密には六角形断面で、その三辺１０１は他の辺１０２よりも短くされ、これら各辺を形成する部片はそれぞれの長手方向側端を溶接によって接続された構造になっている。また、組合わされる内側ブームは外側のブームに設けられたローラ（図示省略）によって支持案内されるようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように、先行技術においては、作業機に組込まれる筒形構造部材として種々工夫を凝らしているが、伸縮機能を備えるブームのように剛性を備えてかつコンパクトにまとまった構成とするには、未だ多くの問題点がある。すなわち、前記アメリカ特許第４７２８２４９号明細書に記載のものでは、従来の四角形断面構造を三角形断面（実質的には六角形断面）に置き換えたもので、このような構造とすれば、軽量化できる目的は達成できるとしても溶接個所が多くなり、それに伴なって加工精度が低下する可能性が生じる。もちろん、工費が嵩むことになる、という問題点がある。また、加工精度が低下するということは、伸縮構造とするのに外筒と入れ子になる部材との間隙を大きく取らねばならないことから必要以上の外形寸法が要求される。したがって、内側の筒体（伸縮するブーム）は外側のブームに設けられたガイドローラによって案内される構造が示されている。このようなことから軽量化を図るには好ましくない、という問題がある。
【０００７】
また、特開２０００−５１９３２号公報によって開示された三角形チューブの製造方法によれば、確かに三角断面形状をもつ筒状構造体を製作することについて有利であるが、この開示技術によって伸縮機能を備える筒状構造体、より具体的に言えば、スライドアームを構成するには、どのような構成とするかさらに検討を加え解決する必要がある。
【０００８】
なお、前記特公平３−１９３２９号公報に開示の構造は、逆梯形断面構造の単一の部材を構成するものについて記載されており、このものも前記溶接構造によるブームと同様で、本願が目的とするスライドアームを構成するには未だ解決すべき問題点が多く存在する。
【０００９】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたもので、構造を簡素化して組立精度を高め円滑な動作ができる構成とされた作業機のスライドアームを提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段および作用・効果】
前述された目的を達成するために、本発明による作業機のスライドアームは、
外側の筒形構造体と内側の筒形構造体とを備え、各筒形構造体が一枚板を曲げて断面ほぼ三角形状で各頂点部を円弧状に形成され、内側の筒形構造体が外側の筒形構造体内に入れ子状にされ、内側の筒形構造体と外側の筒形構造体との間の前記各頂点部に摺動部材が介在され、内側の筒形構造体をスライドさせるスライド機構が設けられ、
前記摺動部材は、外側の筒形構造体における頂点部の開口端部内面と、内側の筒形構造体の後端部とに取付けられており、
前記摺動部材は、受け面を内側の筒形構造体の頂点部円弧外面に沿うように装着される滑り軸受ユニットと、外側の筒形構造体の頂点部内面に装着されるスライドブロック片とからなり、
前記滑り軸受ユニットは、自己潤滑性をもつ軸受片を各筒形構造体の長手方向に沿うように複数配置されてなる
ことを特徴とするものである。
【００１１】
本発明によれば、入れ子に組合わされる筒形構造体がその組合わせ空間部において、三角形状の各頂点部が円弧状で、その部分に設けられる摺動部材によって外側の筒形構造体に対して内側の筒形構造体が保持される構成とされるので、相似形の断面をもつ内外の筒形構造体は自動的に調心される。したがって、組合わせ精度を高めることができ、その摺動部材を嵩張らない構造にすると、内外両筒形構造体間の間隙を小さくすることが可能になって、過剰構造にすることなく剛性の高いスライドアームを得ることができるのである。当然、軽量化を達成できるという効果がある。
【００１２】
ここで、前記摺動部材は、外側の筒形構造体における頂点部の開口端部内面と、内側の筒形構造体の後端部とに取付けられており、また、その摺動部材は、受け面を内側の筒形構造体の頂点部円弧外面に沿うように装着される滑り軸受ユニットと、外側の筒形構造体の頂点部内面に装着されるスライドブロック片とからなっているので、伸縮移動する筒形構造体とそれを支持する側の筒形構造体との組合わせ間隙を小さくできてより軽量化を図ることができる。しかも、三角断面形状の各頂点部でのみ案内支持させればよいことと、その各頂点部が曲面にされているので支持側に対して移動側を自己調心する機能が生じ、摺動抵抗を少なくできて円滑な伸縮動作を行わせ得るという効果がある。
【００１３】
本発明において、前記外側の筒形構造体の基端部には、前記内側の筒形構造体を伸縮操作する直線作動機の基端部を取付けるブラケットが設けられるのが好ましい。こうすると、内側の筒形構造体を直線作動機による伸縮ストロークいっぱいに使用することができるという利点がある。したがって、構造的に有利に構成することができる。
【００１４】
本発明におけるスライドアームの先端部には、掘削用バケットを保持するブラケットが設けられているのがよい。こうすると、例えば油圧ショベルのブーム先端に取付けて深掘り作業を行う作業機として使用する場合、そのスライドアームを軽量化できるので、付設するバケットの容量を大きくして作業能率を高めることができる。あるいはスライドアームの伸縮長さを長くしてより深い位置での掘削作業が行えるようになるという効果が得られる。
【００１５】
また、本発明におけるスライドアームの先端部には、シーブブラケットを介して吊下げロープのシーブが設けられているのがよい。こうすると、クレーンのスライドブームとして軽量化できるので、吊上げ能力を従来構造のスライドブームに較べて大きくできるという利点がある。
【００１６】
また、本発明のスライドアームは、剛性を高めて軽量化できるので、その先端部に各種機器を装備して直線的に作業機を移動して作動させる装置や設備に使用できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明による作業機のスライドアームの具体的な実施の形態につき、図面を参照しつつ説明する。
【００１８】
図１に本実施例のスライドアームの縦断面図が示され、図２に図１のＡ−Ａ視拡大断面図（ａ）およびアーム前端部の外側面図が、図３にスライドアーム後端部の拡大断面図（ａ）およびそのｂ−ｂ視図（ｂ）が、それぞれ示されている。
【００１９】
この実施例では、油圧ショベルのブームに付設して使用される深掘揚土装置としてのスライドアームについて説明する。
【００２０】
スライドアーム１は、断面ほぼ三角形状に１枚の鋼板を曲げ加工して折曲げ端を三角形の底辺の中央部で軸線方向に溶接して一体に形成されるとともに、三角形の各頂点部４ａ，４ｂ，４ｃをそれぞれ所要半径で描く円弧状に形成され、所要長さを有した外筒２と、この外筒２と相似形の断面を持つ内筒３とを組合わせて構成されている。なお、内筒３も前記外筒２と同じ構造で形成されている。ここで言う外筒２および内筒３は、それぞれ本発明の外側の筒形構造体および内側の筒形構造体に対応する。
【００２１】
外筒２は、前端２ａを開口してその開口端外周部に補強部材５が外周に沿って一体に溶接されている。そして後端部には、ほぼ外形に合った端板６を溶接して変形しないようにされている。この後端の端板６の外面には、所要の間隔で平行する２枚のプレートにてなるブラケット７が軸線方向に取付けられている。このブラケット７によってスライドアーム１内に配置するスライド操作用の油圧シリンダ１２（本発明の直線作動機に相当）の基端部が取付けられる。なお、前記油圧シリンダ１２は、端板６に設けられた透かし穴を通して筒体内に突出挿入される。
【００２２】
また、外筒２の前端２ａ部には、その内側における各頂点部４ａ，４ｂ，４ｃの円弧内周面部分に、それぞれ組合わされる内筒の三角断面の各頂点部における円弧面に対応する滑り軸受ユニット８（本発明の滑り軸受に相当）が外面部から取付ボルト９によって装着されている。これら滑り軸受ユニット８としては、例えば図２（ａ）および（ｂ）で示されるように、ホルダー８ａに複数の自己潤滑性をもつ偏平な軸受片８ｂを複数長手方向に配置させてなるものが用いられる。これら滑り軸受ユニット８は、その受け面を内筒３側の頂点部円弧外面に沿うように形成されている。
【００２３】
このようにされる外筒２内に組込まれる内筒３は、その外周面と外筒２の内周面との間に少しの空隙が形成されるようにその外形寸法を設定されている。そして、その内筒３の後端部には、図３（ａ）および（ｂ）に示されるように、外筒２の各頂点部４ａ，４ｂ，４ｃ内面にスライドブロック片１０，１０ａ，１０ａ（本発明の滑り軸受に相当）を対応させて固着されている。なお、それらスライドブロック片１０，１０ａ，１０ａは、表面を外筒２の円弧内周面に接触して保持される曲面にして自己潤滑機能を備える材料で形成され、ボルト１０ｃによって内筒３の後端部に設けられたブロック片取付座１１，１１ａ，１１ａにそれぞれ固着されている。
【００２４】
したがって、外筒２内に挿入された内筒３は、前部を外筒２の前端部内面に配設される滑り軸受ユニット８によって外周の各頂点部を支持されて、後部を内筒３後端部に取付けたスライドブロック片１０，１０ａ，１０ａを外筒２の各頂点部内面に当接させて摺動自在に保持されている。
【００２５】
こうして組合わされた内外筒２，３は、外筒２後端のブラケット７に基端１２ｂを支持される油圧シリンダ１２を内筒３の内部に位置させて、その油圧シリンダ１２のロッド１２ａ先端部を内筒３の内部に軸線と交叉して突設させ左右両側のボス部１３とピン１３ａ連結され、この油圧シリンダ１２によって摺動伸縮できるようにされている。
【００２６】
そして、前記内筒３の先端にはバケット取付ブラケット１５が軸線方向に前方へ突出させて固着され、この取付ブラケット１５にバケット１６が、取付基端部をピン１７支持されるとともにリンク機構１８によって内筒３の先端部に配設されるバケット操作用油圧シリンダ１９のロッド端と連結されて開閉動作できるように取付けられる。
【００２７】
このように構成されるバケット１６を備えたスライドアーム１は、外筒２の側面、具体的には三角形断面の底辺側に沿って取付く支持ブラケット１４によって油圧ショベルのブーム２０先端にピン２１連結され、かつブーム２０に付設される起伏操作用の油圧シリンダ２３のロッド２３ａ端と連結されて起伏可能に組み付けられる（図４参照）。
【００２８】
本実施例のスライドアーム１は、内部に組込まれたスライド操作用の油圧シリンダ１２に作動油を供給してロッド１２ａ（ピストンロッド）を前進させれば、前述のように外筒２の前端部内側に配設される滑り軸受ユニット８によって内筒３の先端から中間部が案内保持され、内筒３の後端部に配設のスライドブロック片１０，１０ａ，１０ａによって後端部が外筒２の内面に案内保持されて、前記ロッド１２ａの１ストローク分進退させることができる。
【００２９】
この内外筒２，３の伸縮作動時には、両者が形成されるほぼ三角形状断面における各頂点部４ａ，４ｂ，４ｃがすべて円弧曲面にされ、かつ内外筒２，３が相似形に形成されているので、各頂点部４ａ，４ｂ，４ｃの曲面によって外筒２に対して内筒３が摺動保持されることから、両者は自己調心されて軸芯を合致させた状態でスライドできてガタツキがなく、かつ各頂点部でのみ摺動支持されているので、スライド時における摺動抵抗を従来の方式に較べて著しく低減できる。したがって、スライドに要する動力が少なくて済み、掘削バケットの昇降操作に際しても駆動力を有効に使用できるのと、既に周知の三角形断面構造にすることによって剛性を高め軽量化できることと相俟って消費エネルギーを抑えて効率よく作業できることになる。
【００３０】
また、本実施例によれば、スライドアーム１の内外筒２，３間の間隙を最小限にすることが容易であるから、格段に断面寸法を大きくしなくとも所要の能力を発揮できるものが得られ、より有効に軽量化できる利点を有する。また、１枚の鋼板を曲げ加工してほぼ三角断面形状にされるので、薄板を使用して製作でき、溶接個所を一個所にすることで生産性が高められ、外観品質も向上する。特に、前述のような深掘揚土装置のスライドアームとして使用するような場合、スライドアーム自体を軽量化できると、その分バケットの容量を大きくすることが可能となり、一回の揚土容量を多くできることで作業能率を一層向上させることができる。
【００３１】
また、スライドアームの軽量化に応じてそのストローク分を延長することが可能になり、そうすれば、掘削深度を深く（長く）できることになって、従来困難であった高深度の掘削作業が可能になるという利点がある。
【００３２】
また、本発明のスライドアームは、複数の断面ほぼ三角形状の筒状体を複数本組み合わせることにより、多段スライドアームを構成することができる。この場合も、前記実施例において説明したのと同様に筒状体の前部開口端部分には滑り軸受ユニット８を、そして内側になる筒状体の後端部にはスライドブロック片１０（１０ａ）を、それぞれ前記要領で組付けて、複数の相似形断面を持つ筒状体を摺動自在に嵌め合わせ、これら複数段の筒状体を公知のスライド駆動手段によって伸縮できるように構成する。
【００３３】
このような構成の多段スライドアーム１Ａとすれば、その最も外の筒状体２Ａを機体（たとえば走行車両の上部旋回体３１）に基部で起伏可能に支持させ、その多段スライドアーム１Ａの最先端に、シーブブラケット３２を取付け、このシーブブラケット３２にガイドシーブ３３，３４を付設して機体側に設けられた巻上げ機（図示せず）から巻取り・繰出される吊下げロープを、そのガイドシーブ３３，３４に巻き掛けて吊具３５を吊下げるようにすれば、クレーンの多段スライドブームとすることができる（図５参照）。
【００３４】
このように本発明のスライドアームは、内外筒の組み合わせ間隙を小さくできて、しかも組合わせの精度が高くて摺動時にガタツキが発生しない構造とされているので、二段以上の組合わせにても円滑なスライドができる。そして、各段において最小限の断面寸法にできるので、多段構成となっても全体としてコンパクトにまとめられ、各筒状体を前述のように軽量化できることから吊上げ能力を高め得る。
【００３５】
なお、本発明の趣旨に則すれば、スライドアームを深掘揚土装置やクレーンのブームのみならず、その他伸縮機能を必要とする産業機械に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本実施例のスライドアームの縦断面図である。
【図２】図２は、図１のＡ−Ａ視拡大断面図（ａ）およびアーム前端部の外側面図（ｂ）である。
【図３】図３は、スライドアーム後端部の拡大断面図（ａ）およびそのｂ−ｂ視図（ｂ）である。
【図４】図４は、本実施例の作業機を深掘揚土装置として油圧ショベルに装備してものの態様を表わす図である。
【図５】図５は、本実施例の作業機をクレーンとして適用した一態様を表す図である。
【図６】図６は、先行技術の具体例を示す図で、（ａ）はアームの斜視図、（ｂ）は横断面図である。
【符号の説明】
１ スライドアーム
１Ａ 多段スライドアーム
２ 外筒
３ 内筒
４ａ，４ｂ，４ｃ 頂点部
６ 外筒後端の端板
７ ブラケット
８ 滑り軸受ユニット
８ａ ホルダー
８ｂ 軸受片
１０、１０ａ スライドブロック片
１１ ブロック片取付座
１２ 油圧シリンダ
１４ 支持ブラケット
１５ バケット取付ブラケット
１６ バケット
１８ リンク機構
１９ バケット操作用油圧シリンダ
２０ ブーム

Claims (4)

1. 外側の筒形構造体と内側の筒形構造体とを備え、各筒形構造体が一枚板を曲げて断面ほぼ三角形状で各頂点部を円弧状に形成され、内側の筒形構造体が外側の筒形構造体内に入れ子状にされ、内側の筒形構造体と外側の筒形構造体との間の前記各頂点部に摺動部材が介在され、内側の筒形構造体をスライドさせるスライド機構が設けられ、
   前記摺動部材は、外側の筒形構造体における頂点部の開口端部内面と、内側の筒形構造体の後端部とに取付けられており、
   前記摺動部材は、受け面を内側の筒形構造体の頂点部円弧外面に沿うように装着される滑り軸受ユニットと、外側の筒形構造体の頂点部内面に装着されるスライドブロック片とからなり、
   前記滑り軸受ユニットは、自己潤滑性をもつ軸受片を各筒形構造体の長手方向に沿うように複数配置されてなる
   ことを特徴とする作業機のスライドアーム。
2. 前記外側の筒形構造体の基端部には、前記内側の筒形構造体を伸縮操作する直線作動機の基端部を取付けるブラケットが設けられる請求項１に記載の作業機のスライドアーム。
3. 前記スライドアームの先端部に、掘削用バケットを保持するブラケットが設けられている請求項１または２に記載の作業機のスライドアーム。
4. 前記スライドアームの先端部に、シーブブラケットを介して吊下げロープのシーブが設けられている請求項１または２に記載の作業機のスライドアーム。

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