作業機械の連結ピン構造

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【発明の名称】	作業機械の連結ピン構造
【発明者】	【氏名】岩本貴宏【氏名】西川裕康
【要約】	【課題】作動油のような圧力流体によりピンの先端が軸受孔から突出する「突出位置」と軸受孔に引込まれる「引込位置」の間を移動される連結ピン構造において、圧力流体を止めるためのシールをピンの軸受部分に備える必要のない、また圧力流体に外部の土砂などの異物が軸受部分を通して混入することがないようにした、作業機械の連結ピン構造を提供する。【解決手段】ピンに中空部を備え、中空部にピンを「突出位置」及び「引込位置」に移動させる流体圧シリンダ機構を備える。

【特許請求の範囲】
【請求項１】一方の部材に同一の軸線上で摺動自在に配設される一対のピンが、各々の先端部をこの部材から突出させ他方の部材に挿通する突出位置及びこの一方の部材の中に引込める引込位置の間で移動され、一方の部材に他方の部材が回動自在にかつ離脱自在に連結される作業機械の連結ピン構造において、一対のピンの各々には中空部が備えられ、中空部の各々にはそのピンを軸線の方向に移動させる流体圧シリンダ機構が備えられている、ことを特徴とする作業機械の連結ピン構造。
【請求項２】流体圧シリンダ機構は、中空部を軸線の方向に延在させて形成されるシリンダ室と、シリンダ室に軸線の方向に摺動自在に嵌合されるピストンと、一端がピストンに連結され他端がシリンダ室の外に延びて該一方の部材に固定されるロッドとを備えている、請求項１記載の作業機械の連結ピン構造。
【請求項３】シリンダ室は、ピストンによってロッド側液室とヘッド側液室とに仕切られ、該ロッドにはシリンダ室の外からヘッド側液室に連通する流路が形成されている、請求項２記載の作業機械の連結ピン構造。
【請求項４】ロッドにはさらに、シリンダ室の外からロッド側液室に連通する流路が形成されている、請求項３記載の作業機械の連結ピン構造。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、作業機械の連結ピン構造、さらに詳しくは、作業機械の作業腕に作業具を着脱自在にかつ迅速に連結するクイックカプラ装置などに好適に用いることができる作業機械の連結ピン構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】作業機械の典型例である油圧ショベルは、その作業腕の先端にピンを介して装着される作業具を異なったものと交換することにより種々の作業を遂行することができる。バケットを装着することにより土砂の掘削、積込などの作業が遂行され、油圧ブレーカを装着することにより採石、路面破砕などの作業が遂行され、圧砕機を装着することにより構造物の解体などの作業が遂行される。したがって、バケット、ブレーカ、圧砕機などの種々の作業具を適宜に着脱交換すれば、一台の油圧ショベルを多目的、多機能に用いることができる。
【０００３】そこでこの種の作業機械には、作業具を作業腕に着脱自在にかつ迅速に、運転席からの操作で、連結することができるクイックカプラ装置が開発され用意されている。このクイックカプラ装置は、作業腕に同一の軸線上で摺動自在に配設される一対のピン各々の先端部を、作業腕から突出させ作業具に挿通させる位置と作業腕の中に引込める位置との間で移動させ、作業腕に作業具を離脱自在に連結する連結ピン構造を備えている。
【０００４】この連結ピン構造の典型例が実開平５－８７０４８号公報に開示されている。図６（同公報の図１に相当する図）を参照して説明すると、連結ピン構造は、作業腕５０の外側に向かってそれぞれにピン５１が立設され左右に摺動可能な一対のピストン５２、５２を備えている。ピストン５２、５２の間及びピストン５２のピン５１側に交互に圧油を給排することにより、ピストン５２はピン５１の先端部が作業腕５０から突出する「突出位置（図６に示す位置）」と作業腕５０に引込まれる「引込位置」の間を移動する。ピン５１、５１を「突出位置」に位置付けることによりピン５１の先端部は作業具５３の一対のボス５４、５４各々に挿通され作業腕５０に作業具５３が連結される。ピン５１を「引込位置」に位置付けることにより作業腕５０と作業具５３の連結が解除される。圧油の給排は、オペレータが運転席において作業機械の油圧制御装置を操作することにより行われる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】図６を参照して説明を続けると、上述したとおりの形態の従来の作業機械の連結ピン構造には、次のとおりの解決すべき問題がある。
【０００６】（１）ピン及び軸受の損傷：一対のピン５１、５１は、それと一体になったピストン５２、５２の部分に圧油を給排することにより移動されるので、ピン５１が摺動する軸受孔５５には圧油が外部に漏れるのを止めるためのシール５６及び外部からの土砂などの異物が進入するのを止めるためのダストシール５７が備えられている。そして、ピン５１が摺動する軸受孔５５の部分は作動油によって潤滑される。したがって、軸受の面積がシール５６、５７を設置することにより制限されるのと、ピン５１の摺動する部分が粘度の低い作動油で潤滑されることから、作業具５３に高負荷、高荷重、すなわち軸受部分に大きな力が加わる場合には、ピン５１及び軸受孔５５が損傷され易い。また、これらが損傷されるとシール５６、５７も損傷され作動油が外部に漏れ易くなる。
【０００７】（２）油圧制御装置の損傷：さらに、ピン５１はその先端部が軸受孔５５から出入りするので、外部に突出したピン５１に付着した土砂などの異物が軸受部分を通して作動油の中に、特に軸受部分が損傷されると進入し易い。そして、作動油に混入した異物によって油圧制御装置の油圧ポンプ、制御弁などが損傷されたり、その寿命が低下するなどの問題が発生し易くなる。
【０００８】本発明は上記事実に鑑みてなされたもので、その技術的課題は、作動油のような圧力流体によりピンの先端部が軸受孔から突出する「突出位置」と軸受孔に引込まれる「引込位置」の間を移動される連結ピン構造において、圧力流体の漏れを止めるためのシールをピンの軸受部分に備える必要のない、また圧力流体に外部の土砂などの異物が軸受部分を通して混入することがないようにした、作業機械の連結ピン構造を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載された発明は、一方の部材に同一の軸線上で摺動自在に配設される一対のピンが、各々の先端部をこの部材から突出させ他方の部材に挿通する突出位置及びこの一方の部材の中に引込める引込位置の間で移動され、一方の部材に他方の部材が回動自在にかつ離脱自在に連結される作業機械の連結ピン構造において、一対のピンの各々には中空部が備えられ、中空部の各々にはそのピンを軸線の方向に移動させる流体圧シリンダ機構が備えられている、ことを特徴とする作業機械の連結ピン構造である。
【００１０】そして、ピンの中空部にピンを移動させるためのシリンダ機構を備えるようにして、ピンの軸受部分に圧力流体の漏れを止めるためのシールを不要にし、また圧力流体に外部から土砂などの異物が混入できないようにする。
【００１１】請求項２に記載された発明は、請求項１記載の作業機械の連結ピン構造において、流体圧シリンダ機構は、中空部を軸線の方向に延在させて形成されるシリンダ室と、シリンダ室に軸線の方向に摺動自在に嵌合されるピストンと、一端がピストンに連結され他端がシリンダ室の外に延びて該一方の部材に固定されるロッドとを備えている連結ピン構造である。
【００１２】そして、ピンの中空部によってシリンダ室を形成し、シリンダ室を摺動するピストンに連結されるロッドをピンが備えられる部材に固定し、ピンを軸線方向に移動させる。
【００１３】請求項３に記載された発明は、請求項２記載の作業機械の連結ピン構造において、シリンダ室は、ピストンによってロッド側液室とヘッド側液室とに仕切られ、該ロッドにはシリンダ室の外からヘッド側液室に連通する流路が形成されている連結ピン構造である。
【００１４】そして、ロッドに形成される流路を介してヘッド側液室の流体の給排を行う。
【００１５】請求項４に記載された発明は、請求項３記載の作業機械の連結ピン構造において、ロッドにはさらに、シリンダ室の外からロッド側液室に連通する流路が形成されている連結ピン構造である。
【００１６】そして、ロッドに形成される流路を介してヘッド側液室及びロッド側液室両方の流体の給排を行う。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明に従って構成された作業機械の連結ピン構造を、典型的な作業機械である油圧ショベルにおける好適実施形態を図示している添付図面を参照して、さらに詳細に説明する。
【００１８】図１を参照して説明すると、全体を番号２で示す油圧ショベルは、機体本体４と、機体本体４に上下方向に揺動自在に連結された作業装置６とを備えている。作業装置６は、機体本体４に上下方向に揺動自在に支持されたブーム６ａ、機体本体４とブーム６ａとの間に介在されたブーム作動シリンダ６ｂ、ブーム６ａの先端に上下方向に揺動自在に支持されたアーム６ｃ、ブーム６ａとアーム６ｃとの間に介在されたアーム作動シリンダ６ｄ、アーム６ｃの先端に上下方向に揺動自在に支持された作業具であるバケット６ｅ、並びにアーム６ｃとバケット６ｅとの間に介在されたバケットリンク６ｆ及びバケット作動シリンダ６ｇを備えている。
【００１９】そして本発明に従って構成された、一方の部材に他方の部材を回動自在にかつ離脱自在に連結する連結ピン構造８が、一方の部材であるアーム６ｃに他方の部材であるバケット６ｅを着脱自在にかつ迅速に連結するクイックカプラ装置として備えられている。
【００２０】図２～図４、主として図２を参照して説明すると、連結ピン構造８は、アーム６ｃに同一の軸線９上で摺動自在に配設される一対のピン１０、１０を備え、ピン１０、１０各々には中空部１０ａが備えられ、中空部１０ａにはピン１０、１０それぞれを軸線９の方向に移動させる流体圧シリンダ機構である油圧シリンダ１２が備えられている。油圧シリンダ１２の伸縮作動によってピン１０、１０各々の先端部はアーム６ｃから突出されバケット６ｅのボス１４に挿通する「突出位置（図２に示す位置）」及びアーム６ｃの中に引込められる「引込位置（図４に示す位置）」の間を移動される。
【００２１】アーム６ｃの先端部には基本的に円筒状に形成され軸線９の方向に延びるボス１６が一体的に備えられている。ボス１６の内径部１６ａには軸線９上に一対の円筒の軸受１８、１８が圧入されて取付けられピン１０の軸受孔２０を形成している。ボス１６の軸線９方向の端面の各々と軸受１８の端部との間には、軸受孔２０に外部から土砂などの異物が進入するのを止める周知のリップシールで構成されるダストシール２２がボス１６の内径部１６ａに形成された環状溝に取付けられている。さらに、図示は省略されているが、ボス１６及び各々の軸受１８にはボス１６の外周部から軸受孔２０に貫通する潤滑孔が備えられ、軸受孔２０に潤滑用のグリースを注入するための周知のグリースニップルがボス１６に取付けられている。
【００２２】ボス１６の内径部１６ａには、軸線９方向の中央部に軸線９に直交して壁状のロッド取付部１６ｂが形成されている。また、この中央部にはボス１６の外周部からロッド取付部１６ｂの軸線９方向両側に開口するボス１６の端面側から見て（図３）半月状の切欠部１６ｃが形成されている。ロッド取付部１６ｂには軸線９上に両側に雌ねじを備え貫通するロッド接続孔１６ｄが形成されている。
【００２３】バケット６ｅのボス１４には、アーム６ｃのボス１６の軸線９方向両端部に位置付けられピン１０、１０各々の先端部が自在に挿通される軸受孔１４ａが形成されている。
【００２４】ピン１０は、円筒の軸線方向の一端を閉じた形状に形成されている。ピン１０の外径は軸受孔２０に摺動自在に挿通される寸法に仕上げられ、ピン１０の閉じられた端をボス１６の端面側にして軸受孔２０に挿通されている。内径部の開口端には雌ねじが形成されており、この雌ねじに円板状のカバー２４がその外周部に形成された雄ねじによって取付けられている。このカバー２４によりピン１０の内径部の開口端が閉じられピン１０に軸線９方向に延びる中空部１０ａが形成されている。カバー２４には軸線９上に貫通するロッド軸受孔２４ａが形成されている。また、カバー２４の外周部には環状のシール溝が形成されＯリングシール２５ａが、ロッド軸受孔２４ａには環状のシール溝が形成され摺動リングとＯリングとからなる周知のロッドシール２５ｂが、それぞれ取付けられている。さらにカバー２４には中空部１０ａと外部を連通する配管接続口２４ｂが形成されている。
【００２５】油圧シリンダ１２は、ピン１０の中空部１０ａによって形成されるシリンダ室と、シリンダ室１０ａに軸線９方向に摺動自在に嵌合されるピストン２６と、一端がピストン２６に連結され他端がカバー２４のロッド軸受孔２４ａを貫通しボス１６のロッド取付部１６ｂに固定されるロッド２８とを備えている。ピストン２６は円板状に形成され、軸線９上に形成された貫通孔にロッド２８の一端が挿通されナット３０によってロッド２８に固定されている。ピストン２６の外周部には環状のシール溝が形成され摺動リングとＯリングとからなる周知のピストンシールが２７取付けられている。ロッド２８の他端の先端部にはロッド取付部１６ｂのロッド接続孔１６ｄに連結するための雄ねじと六角フランジを備えた連結部２８ａが形成されている。ロッド２８の軸心には、一端と他端の間を貫通する流路２８ｂが形成されている。
【００２６】かくして、ピン１０の中空部であるシリンダ室１０ａは、ピストン２６によってヘッド側液室Ｈ（図２）とロッド側液室Ｒ（図４）に仕切られ、これらの液室に圧油を交互に給排することによりロッド２８が伸縮する油圧シリンダ１２が構成される。
【００２７】上述のように構成された油圧シリンダ１２は、ロッド２８の連結部２８ａをボス１６のロッド取付部１６ｂのロッド接続孔１６ｄにＯリングを介在させて六角フランジの部分を利用してねじ込むことにより、ロッド２８がボス１６に固定される。この取付作業はボス１６の切欠部１６ｃを通して行われる。
【００２８】ロッド側液室Ｒ（二個所）には、カバー２４の配管接続口２４ｂを介して油圧ショベル２の機体本体４の油圧制御装置に接続されるロッド側配管３０が分岐されてそれぞれ接続されている。また、ヘッド側液室Ｈ（二個所）にはロッド２８、２８各々の流路２８ｂがロッド取付部１６ｂのロッド接続孔１６ｄで連通され油圧制御装置に接続されるヘッド側配管３２が接続されている。ロッド側配管３０及びヘッド側配管３２は油圧ゴムホースのような周知の可撓配管によって構成されている（図示は簡略化されている）。
【００２９】上述のように構成された連結ピン構造８は、油圧シリンダ１２にヘッド側配管３０及びロッド側配管３２を介して作動油を給排することにより、以下に述べるようにピン１０が「突出位置」及び「引込位置」に軸受孔２０の中を摺動され移動される。
【００３０】（１）ピン「突出位置」：一対のピン１０、１０が軸受孔２０に引込んだ状態（図４に示す状態）において、ヘッド側配管３２に圧油を流しロッド２８の流路２８ｂを介してヘッド側液室Ｈに供給し、またロッド側液室Ｒの作動油をロッド側配管３０を介して排出すると、ピストン２６はロッド２８を介しロッド取付部１６ｂに固定されているから、ピン１０、１０はそれぞれカバー２４とピストン２６が当接するまで移動し（図２に示す状態）先端部は軸受孔２０から突出され、バケット６ｅの軸受孔１４ａに挿通される。そして、アーム６ｃにバケット６ｅが軸線９を中心に回動自在に連結される。
【００３１】（２）ピン「引込位置」：一対のピン１０、１０の先端部が軸受孔２０から突出した状態（図２に示す状態）において、ロッド側配管３０に圧油を流しロッド側液室Ｒに供給し、またヘッド側液室Ｈの作動油を流路２８ｂ、ヘッド側配管３２を介して排出すると、ピストン２６はロッド２８を介しロッド取付部１６ｂに固定されているから、ピン１０、１０はそれぞれロッド２８の端部のナット３０がピン１０のシリンダ室１０ａの端に当接するまで移動し（図４に示す状態）突出した先端部はバケット６ｅの軸受孔１４ａから引出され軸受孔２０の中に引込まれる。そして、アーム６ｃとバケット６ｅの連結が解除される。
【００３２】（３）ピンの移動ストローク：上述のようにピン１０の移動ストローク（図２にＳで示す）は、ピン１０の中空部１０ａ及びピストン２６それぞれの軸線９方向の相対長さで規定される。したがって、ピン１０の移動ストロークＳはそれらの長さを適宜に設定することで任意に規定することができる。
【００３３】上述したとおりの作業機械の連結ピン構造８の作用を説明する。
【００３４】（１）ピン及び軸受の損傷防止：一対のピン１０、１０は、その中空部１０ａに備えられる油圧シリンダ１２の伸縮により移動されるので、従来のように作動油の漏れを止めるためのシールをピン１０の軸受孔２０の部分に備える必要がない。したがって、従来に比較して軸受の面積を大きくとることができ、また粘度の低い作動油でなく粘度の高い軸受用のグリースでピン１０の摺動部を潤滑することができるから、軸受部分に大きな力が加わる場合においても、ピン１０及び軸受孔２０の損傷を防止することができる。そして、作動油の外部への漏れの問題も除くことができる。
【００３５】（２）油圧制御装置の損傷防止：また、ピン１０を移動させる油圧シリンダ１２がピン１０の内部の中空部１０ａに備えられるので、作動油により出入りされる油圧シリンダ１２のロッド２８はボス１６の外部に露出することがなく、作動油に土砂など異物の混入することがない。したがって、土砂などの異物が作動油に混入して油圧制御装置の油圧ポンプ、制御弁などを損傷させ、また寿命を低下させる問題を防止することができる。
【００３６】（３）構造がコンパクト：ピン１０を移動させる油圧シリンダ１２をピン１０の内部に備えるようにしたから、アーム６ｅのような軸線９方向の長さが限定される部材の中に連結ピン構造８をコンパクトに設けることができる。
【００３７】以上、本発明を実施の形態に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内においてさまざまな変形あるいは修正ができるものである。
【００３８】（１）ロッドの流路：本発明の実施の形態においては、油圧シリンダ１２のヘッド側液室Ｈにロッド２８に形成された流路２８ｂを介してヘッド側配管３２が、ロッド側液室Ｒにはその配管接続口２４ｂを介してロッド側配管３０がそれぞれ接続されているが、図５に示すようにロッド２８にさらに連結部２８ａの端からロッド側液室Ｒに連通する流路２８ｃを形成し、これにロッド側配管３０を接続するようにしてもよい。配管接続口２４ｂを省略することができ、ロッド側配管３０をより簡単にすることができる。
【００３９】（２）ピンの中空部にシリンダユニットを収容：本発明の実施の形態においては、ピン１０に備えられる中空部１０ａをシリンダ室にして油圧シリンダ１２が構成されているが、予めユニットに組立てられた油圧シリンダをピンの中空部に収容するようにしてもよい。
【００４０】（３）ピンに流路を形成：本発明の実施の形態においては、ロッド２８にヘッド側液室Ｈに連通する流路２８ｂが形成されているが、ピン１０自体の外周部と中空部１２ａの間にヘッド側液室Ｈに連通する流路を形成してもよい。
【００４１】（４）ピンの移動ストローク：本発明の実施の形態においては、ピン１０の移動ストロークＳは、ピン１０に形成される中空部１２ａ及びピストン１０の軸線９方向の相対長さで規定されているが、ボス１６にピン１０の移動を止めるストッパを設けてストロークを規制するようにしてもよい。
【００４２】（５）他の連結部に適用：本発明の実施の形態においては、連結ピン構造８は一方の部材のアーム６ｃに他方の部材のバケット６ｅを着脱自在に連結する部分に適用されているが、図１に示すバケットリンク６ｆとバケット６ｅの連結部など、作業機械において一方の部材に他方の部材を回動自在にかつ離脱自在に連結する任意の部分に適宜に用いることができる。
【００４３】
【発明の効果】本発明に従って構成された作業機械の連結ピン構造によれば、作動油のような圧力流体によりピンの先端部が軸受孔から突出する「突出位置」と軸受孔に引込まれる「引込位置」の間を移動される連結ピン構造において、圧力流体の漏れを止めるためのシールをピンの軸受部分に備える必要のない、また圧力流体に外部の土砂などの異物が軸受部分を通して混入することがないようにした、作業機械の連結ピン構造が提供される。

【出願人】	【識別番号】０００１９０２９７【氏名又は名称】新キャタピラー三菱株式会社
【出願日】	平成１２年５月１９日（２０００．５．１９）
【代理人】	【識別番号】１０００７５１７７【弁理士】【氏名又は名称】小野尚純
【公開番号】	特開２００１－３２９５６２（Ｐ２００１－３２９５６２Ａ）
【公開日】	平成１３年１１月３０日（２００１．１１．３０）
【出願番号】	特願２０００－１４８１６６（Ｐ２０００－１４８１６６）