JP2010052520A - アクスルケースの取付機構 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｕボルトの曲げ応力を低減すること。
【解決手段】アクスルケースの取付機構は、アクスルケース１００と、アクスルケース１００を前フレーム体４に締結する、円形の横断面を有するＵボルト２０とを備えている。Ｕボルト２０は半円形状の折曲部２４を有し、Ｕボルト２０の折曲部２４とアクスルケース１００の底面１０４との間にはパッド３０が介在される。
【選択図】図１

Description

本発明は、アクスルケースの取付機構、特に、ホイールローダなどの建設機械に適用される、アクスルケースの取付機構に関する。

エンジンの駆動力が、少なくとも後輪に駆動軸（車軸）を介して伝達される形態の建設機械、例えばホイールローダは、例えば特許文献１に開示されている。特許文献１に開示されたホイールローダにおいて、エンジンの駆動力は、変速装置、変速装置から前後に延び出す車軸、車軸の各々に駆動連結された前後の動力伝達機構、前後の動力伝達機構から左右に延び出す駆動軸を介してそれぞれ一対の前輪及び後輪に伝達される。前輪の各々を駆動する駆動軸及び後輪の各々を駆動する駆動軸は、それぞれ前後に設けられたアクスルケース（アクスルハウジング）内に回転自在に支持され、アクスルケースの各々はフレームに取り付けられる。

特許文献１には示されていないが、アクスルケースの取付機構のうち、Ｕボルトを使用した典型例は、図１３及び図１４により説明することができる。アクスルケース１００の軸方向の中心と両端部との中間部は、横断面がほぼ矩形の筒形状を有している。この中間部は、アクスルケース１００の軸方向に直交する横方向（ホイールローダの前後方向）に間隔をおいて上下方向に延在する一対の側面１０２と、側面１０２の各々の下端間を延在する底面１０４と、側面１０２の各々の上端間を延在する上面１０６とを備えている。底面１０４は、前記横方向に延在する中間領域１０４Ａと、中間領域１０４Ａの両端からそれぞれ上方に円弧状にカーブして、対応する側面１０２に交わる両端領域１０４Ｂとを備えている。底面１０４の中間領域１０４Ａは、底面１０４における平坦な最下面をなす。上面１０６は平坦面を有している。側面１０２の各々には、前記軸方向に間隔をおいて上下方向に延在する複数の位置決め溝１０８が側面１０２の各々において相互に同じ軸方向位置に形成されている。位置決め溝１０８の各々は、側面１０２の各々に形成された複数の突部１１０間に形成される。突部１１０は、前記軸方向に間隔をおいて上下方向に延在するよう側面１０２の各々に形成されている。

円形横断面を有するＵボルト１２０は、相互に間隔をおいて平行に延在しかつ各々の一端部に雄ねじ１２２Ａが形成された直線部１２２と、直線部１２２の各々の他端間を延在する折曲部１２４とを有している。折曲部１２４は、直線部１２２の各々に直交する方向に直線状に延在する中間領域１２４Ａと、中間領域１２４Ａの両端から円弧状にカーブして直線部１２２の各々の他端に接続される両端領域１２４Ｂとを備えている。

Ｕボルト１２０は、直線部１２２の各々が、アクスルケース１００の側面１０２の各々に形成された一対の位置決め溝１０８に嵌合されてアクスルケース１００に対する取付位置が決められる。そして、Ｕボルト１２０の折曲部１２４における中間領域１２４Ａがアクスルケース１００の底面１０４の平坦な最下面（中間領域）１０４Ａに下方から接触させられ、ホイールローダのフレームＦの一部を構成する取付板部１２６に当て板１２８を介して、ワッシャ１２９、ナット１３０により締結される。当て板１２８は、アクスルケース１００の平坦な上面と取付板部１２６の下面との間に介在される。なお、位置決め溝１０８の各々は、複数のフレーム幅に対応してＵボルト１２０の取付位置を変えられるよう設けられているものである。
実開平０５−０６８７８１号公報

上記アクスルケース１００の取付機構においては、Ｕボルト１２０の折曲部１２４における中間領域１２４Ａがアクスルケース１００の底面１０４の平坦な最下面に下方から接触させられた状態で、アクスルケース１００がフレームＦにＵボルト１２０により締結される。アクスルケース１００は、一般的に鋳物により形成されるので、Ｕボルト１２０の折曲部１２４における中間領域１２４Ａとアクスルケース１００の底面１０４とが密着せず、固定位置のわずかなずれによって、Ｕボルト１２０の軸力にばらつきが生ずるおそれがある。また、Ｕボルト１２０の折曲部１２４における中間領域１２４Ａとアクスルケース１００の底面１０４とが１点接触となり、Ｕボルト１２０の曲げ応力が過剰に大きくなるおそれがある。Ｕボルト１２０の曲げ応力を低減するため、Ｕボルト１２０の直径を大きくする対策も考えられるが、アクスルケース１００の位置決め溝１０８の各々のサイズがアクスルケース１００のサイズにより一定に決められているため、Ｕボルト１２０の直径を大きくすると、サイズ違いとなって使用できなくなる。その結果、Ｕボルト１２０の曲げ部分に応力が過剰に集中するおそれがある。

本発明の目的は、Ｕボルトの曲げ応力を低減することができる、新規なアクスルケースの取付機構を提供することである。
本発明の他の目的は、Ｕボルトの軸力にばらつきが生ずる不具合を防止することができる、新規なアクスルケースの取付機構を提供することである。

本発明によれば、アクスルケースと、アクスルケースをフレームに締結する、円形の横断面を有するＵボルトとを備え、Ｕボルトは半円形状の折曲部を有し、Ｕボルトの折曲部とアクスルケースの底面との間にはパッドが介在される、
ことを特徴とするアクスルケースの取付機構、が提供される。
アクスルケースを軸方向に見て、パッドの上面とアクスルケースの底面とは、軸方向に直交する横方向に間隔をおいた３箇所において接触させられる、ことが好ましい。
アクスルケースを軸方向に見て；パッドの上面は、前記横方向の両端部が中間部よりも高く形成されかつ両端部と中間部との間に傾斜面及び曲面からなる段部が形成され、アクスルケースの前記底面は、前記横方向に延在する中間領域と、中間領域の両端からそれぞれ上方にカーブする両端領域とを備え、パッドの上面の中間部がアクスルケースの前記底面における中間領域に接触させられ、パッドの上面における段部の各々が、アクスルケースの前記底面の、対応する両端領域に接触させられる、ことが好ましい。
パッドの下面とＵボルトの折曲部の半径方向内側面とは線接触させられる、ことが好ましい。
パッドには、下面をアクスルケースの軸方向に直交する横方向に延在しかつ、前記横方向における上面の両端部に至るまで下方に膨らむようにカーブして延在する凹溝が形成され、凹溝の横断面は一定の曲率半径を有する円弧形状をなし、Ｕボルトの折曲部の横断面は、凹溝の横断面の曲率半径よりも小さい半径を有しかつ、凹溝に嵌合される、ことが好ましい。
Ｕボルトは、相互に間隔をおいて平行に延在する直線部と、直線部の各々の他端間を延在する折曲部とを有し、Ｕボルトの折曲部の直径は、直線部の各々の直径よりも大きく形成される、又は、折曲部及び折曲部に続く直線部の各々の一部領域における直径は、直線部の各々における他の領域の直径よりも大きく形成される、ことが好ましい。
アクスルケースは、アクスルケースの軸方向に直交する横方向に間隔をおいて上下方向に延在する一対の側面を備え、側面の各々には、前記軸方向に間隔をおいて上下方向に延在する複数の位置決め溝が側面の各々において相互に同じ軸方向位置に形成され、Ｕボルトは、直線部の各々の、折曲部の直径よりも小さい直径を有する領域が、アクスルケースの側面の各々に形成された一対の位置決め溝に嵌合されてアクスルケースに対する取付位置が決められる、ことが好ましい。

以下、添付図面を参照して、本発明に従って構成されたアクスルケースの取付機構の実施形態について詳細に説明する。

まず図１０〜図１２を参照して、本発明に係るアクスルケースの取付機構の実施形態を備えたホイールローダの全体構成について概略的に説明する。ホイールローダ２は、前フレーム体４と後フレーム体６とを備えている。前フレーム体４の後端部と後フレーム体６の前端部とは、図示しない垂直軸回りを相対回動できるよう連結されている。前フレーム体４には、前車輪８及び作業装置１０が装着されている。後フレーム体６には、後車輪１２、キャブ１４及びエンジンルーム１６などが装着されている。エンジンルーム１６内の最後部位置には、駆動源である図示しないディーゼルエンジンが搭載されている。

前フレーム体４には、図１４を参照して説明したフロントアクスルケース１００（以下単に「アクスルケース１００」と略称する）が、後に詳述するＵボルト２０によりアクスルケース１００の軸方向（ホイールローダ２の幅方向）の２箇所において締結されている。後フレーム体６には、リヤアクスルケース１４０が、ホイールローダ２の幅方向の中心線まわりに揺動可能に支持されている。アクスルケース１００及びリヤアクスルケース１４０内には、それぞれ、ディファレンシャル機構、一対の駆動軸などが収容されている。ディーゼルエンジンの駆動力は、油圧モータＭからディファレンシャル機構の各々へ伝達され、それぞれ一対の駆動軸を介して後車輪１２及び前車輪８に伝達される。図１１において符号１８は、プロペラシャフトを示し、プロペラシャフト１８は、油圧モータＭからアクスルケース１００のディファレンシャル機構へ前記駆動力を伝達する。

本発明に係るアクスルケースの取付機構は、アクスルケース１００に関して適用されている。図１を参照して、本発明に係るアクスルケースの取付機構は、アクスルケース１００と、アクスルケース１００をフレームである前フレーム体４に締結するＵボルト２０とを備えている。

図５を参照して、円形の横断面を有するＵボルト２０は、相互に間隔をおいて平行に延在しかつ一端部にそれぞれ雄ねじ２２Ａが形成された一対の直線部２２と、直線部２２の各々の他端間を延在する折曲部２４とを有している。折曲部２４は半円形状に形成されている。折曲部２４のこのような構成は、従来のＵボルト１２０（図１４）の構成に較べて、折曲部２４に発生する応力を低減する。

Ｕボルト２０の折曲部２４の直径Ｄは、直線部２２の各々の直径ｄよりも大きく形成されている。実施形態において、Ｕボルト２０の折曲部２４及び折曲部２４に続く直線部２２の各々の一部領域における直径Ｄは、直線部２２の各々における他の領域の直径ｄよりも大きく形成されている。Ｕボルト２０の、このような異径構造は折曲部２４の断面係数をアップするので、折曲部２４に発生する応力を更に低減する。なお、Ｕボルト２０の折曲部２４の横断面における半径は、後述するパッド３０の凹溝３５の曲率半径よりも小さく形成されている。

図１を参照して、Ｕボルト２０の折曲部２４とアクスルケース１００の底面１０４との間にはパッド３０が介在される。

図６〜図９を参照して、ダクタイル鋳鉄から形成されるパッド３０は、一定の幅で相互に平行に直線状に延在する一対の側面３１、３１と、側面３１、３１の長手方向両端において、側面３１、３１に直交するよう延在しかつ側面３１、３１の全長より短い全長（側面３１、３１間の長さ）を有する端面３２、３２と、上面３３及び下面３４とを備えている。

上面３３は、それぞれ高さの異なる三つの平坦面（側面３１、３１及び端面３２、３２に直交する平坦面であって相互に平行な平坦面）からなる、長手方向における一端部３３Ａ、他端部３３Ｂ及び中間部３３Ｃを備えている。長手方向の長さが一端部３３Ａ及び他端部３３Ｂの各々よりも長い中間部３３Ｃは、高さが一端部３３Ａ及び他端部３３Ｂよりも低く、一端部３３Ａは他端部３３Ｂよりも高い。換言すれば、両端部３３Ａ及び３３Ｂが中間部３３Ｃよりも高い。一端部３３Ａと中間部３３Ｃとの間に傾斜面及び曲面からなる段部３３Ｄが形成され、他端部３３Ｂと中間部３３Ｃとの間に傾斜面及び曲面からなる段部３３Ｅが形成されている。段部３３Ｄは、一端部３３Ａから中間部３３Ｃに向かって、上方に膨らむ曲面（曲率半径の中心が曲面の下方に存在する）、下方に向かう傾斜面、下方に膨らむ曲面（曲率半径の中心が曲面の上方に存在する）の順で形成される。また、段部３３Ｅは、他端部３３Ｂから中間部３３Ｃに向かって、上方に膨らむ曲面、下方に向かう傾斜面、下方に膨らむ曲面の順で形成される。これらの曲面は全て円弧面からなる。一端部３３Ａ、他端部３３Ｂ、中間部３３Ｃ、段部３３Ｄ及び段部３３Ｅの各々の長手方向における断面形状は、上面３３の全幅にわたって一定である。

パッド３０の上面３３の一端部３３Ａの幅方向の両側近くには、平面矢印形状を有する一対の突起３３Ｆが形成されている。突起３３Ｆの矢印の方向は、パッド３０の長手方向であって、他端部３３Ｂと反対方向の外側に指向されている。パッド３０がアクスルケース１００に取り付けられる際、矢印がホイールローダ２の前方を指向するよう位置付けられる。これは、アクスルケース１００が前後方向で非対称に形成されているからであって、前記矢印の存在は組付け性を向上させる。

下面３４は、中間部３３Ｃの平坦面を上面３３における基準面としたとき、この基準面と平行に長手方向に延在する中間領域３４Ｃと、中間領域３４Ｃの両端から上方にカーブしてそれぞれ端面３２、３２の下端に交わる両端領域３４Ａ及び３４Ｂとからなる。両端領域３４Ａ及び３４Ｂは円弧形状を有している。端面３２、３２は、一端部３３Ａ及び他端部３３Ｂの平坦面から下方に直角に延び、中間部３３Ｃの平坦面を基準面としたとき、この基準面から下方に一定の距離だけ延び出した位置を下端とし、下面３４の中間領域３４Ｃから前記基準面までの高さに対してかなり短い長さを有している（実施形態においては、約１／７）。

パッド３０にはパッド３０の長手方向に延在する凹溝３５が形成されている。凹溝３５は、横断面が一定の曲率半径を有する円弧形状をなしかつ、パッド３０の幅方向の中央部において、パッド３０の下面３４からパッド３０の長手方向における上面の両端部３３Ａ及び３３Ｂにわたって下方に膨らむようにカーブして延在する。実施形態において、凹溝３５の最深部は、パッド３０を幅方向に見て（図７及び図９）、長手方向の中央に位置する短い直線部と、直線部の両端から上面３３Ａ及び３３Ｂに向かって延在する二つの円弧面からなる。凹溝３５の深さは、パッド３０の長手方向中央部において下面３４に対して最も浅く（横断面が半円より小さな円弧）、上面３３における両端部３３Ａ及び３３Ｂにおいて両端面３２に対して最も深くなる（横断面が半円と一対の短い直線部からなる）よう形成されている。

図１〜図４を参照して、アクスルケース１００は、アクスルケース１００の軸方向における２箇所において、それぞれＵボルト２０により、ホイールローダ２の前フレーム体４に離脱自在に締結される。Ｕボルト２０の各々の折曲部２４とアクスルケース１００の底面１０４との間にはパッド３０が介在される。アクスルケース１００の取り付け機構の各々は、相互に実質的に同じであるので、片方の取り付け機構について詳細に説明する。

先ず、Ｕボルト２０の折曲部２４にパッド３０が仮装着される（図３）。この仮装着は、パッド３０の上面３３の両端部３３Ａ及び３３Ｂに開口する凹溝３５をＵボルト１２０の直線部２２の先端から嵌合させて折曲部２４まで移動させることにより、容易かつ簡単に行なうことができるので、組付け作業性の向上に寄与する。次に、パッド３０が仮装着されたＵボルト２０を、アクスルケース１００の底面１０４側から一対の直線部２２でアクスルケース１００の側面１０２を挟んで上昇させる。その際、直線部２２の各々の、折曲部２４の直径よりも小さい直径を有する領域を、アクスルケース１００の側面の各々に形成された一対の位置決め溝１０８に下方から嵌合することにより、アクスルケース１００に対する取付位置が決められる。そしてＵボルト２０の直線部２２の各々の雄ねじ２２Ａが形成された先端部を、ホイールローダ２の前フレーム体４の一部を構成する取付板部１２６及び下面から重合された当て板１２８にそれぞれ形成された貫通穴１２６Ａ及び１２８Ａを貫通して上方に突出させ、ワッシャ１２９を介してナット１４０、１４０により締結される。当て板１２８は、アクスルケース１００の平坦な上面１０６と取付板部１２６の下面との間に介在される。なお、上記組付けの際、パッド３０の矢印３３Ａが、ホイールローダ２の前方に向くよう配置されるので、誤組付けを容易かつ確実に防止できる。

アクスルケース１００がＵボルト２０によりフレームＦに締結された状態で、パッド３０の凹溝３５は、パッド３０の下面３４をアクスルケース１００の軸方向に直交する横方向（図１において左右方向）に延在しかつ、前記横方向における上面３３の両端部３３Ａ及び３３Ｂに至るまで下方に膨らむようにカーブして延在する、といえる。

Ｕボルト２０が半円形状の折曲部２４を有し、Ｕボルト２０の折曲部２４とアクスルケース１００の底面１０４との間にはパッド３０が介在されるので、Ｕボルト２０の曲げ応力を軽減しかつ、Ｕボルト２０の軸力のバラツキを抑えることを可能にする。

Ｕボルト２０の折曲部２４及び折曲部２４に続く直線部２２の各々の一部領域における直径Ｄは、直線部２２の各々における他の領域の直径ｄよりも大きく形成されているので、折曲部２４の断面係数がアップされ、Ｕボルト２０の曲げ部分に生ずる応力を低減することができる。この効果は、Ｕボルト２０の折曲部２４の直径Ｄを、直線部２２の各々の直径ｄよりも大きく形成することによっても達成可能である。

Ｕボルト２０は、直線部２２の各々の、折曲部２４の直径Ｄよりも小さい直径ｄを有する領域が、アクスルケース１００の側面１０２の各々に形成された一対の位置決め溝１０８に嵌合されてアクスルケース１００に対する取付位置が決められるので、アクスルケース１００の位置決め溝１０８により制約されることなく、Ｕボルト２０の曲げ部分に生ずる応力を低減することが可能となる。

アクスルケース１００がＵボルト２０によりフレームＦに締結された状態で、アクスルケース１００を軸方向に見て、パッド３０の上面３３とアクスルケース１００の底面１０４とは、前記横方向に間隔をおいた３箇所において接触させられる。更に具体的には、パッド３０の上面３３の中間部３３Ｃがアクスルケース１００の底面１０４における中間領域１０４Ａに接触させられ、パッド３０の上面３３における段部３３Ｄ及び３３Ｅの各々が、アクスルケース１００の底面３３の、対応する両端領域１０４Ｂに接触させられる。このように、パッド３０の上面３３とアクスルケース１００の底面１０４とが３点接触するよう構成されることにより、相互の接触箇所のバラツキが低減され、Ｕボルト２０の軸力にばらつきが生ずる不具合を防止することが可能になる。また、応力集中部分の分散により、Ｕボルト２０の曲げ部分への過剰な応力集中を防止することが可能になる。

パッド３０の下面（凹溝３５の最深面）とＵボルト２０の折曲部２４の半径方向内側面とは線接触させられる。更に具体的には、Ｕボルト２０の折曲部２４の横断面は、凹溝３５の横断面の曲率半径よりも小さい半径を有しかつ、凹溝３５に嵌合されるので、パッド３０の下面（凹溝３５の最深面）とＵボルト２０の折曲部２４の半径方向内側面とは少なくとも一部領域において線接触させられる。実施形態において、パッド３０の凹溝３５の、アクスルケース１００の前記横方向における円弧状の両端領域と、Ｕボルト２０の折曲部２４における半径方向内側面の対応する領域とが線接触させられる。この構成により、Ｕボルト２０の曲げ部分に生ずる応力を低減しかつ、Ｕボルト２０の軸力にばらつきが生ずる不具合を防止することが可能になる。

上記実施形態において、Ｕボルト２０の折曲部２４は半円形状に形成され、Ｕボルト２０の折曲部２４とアクスルケース１００の底面１０４との間にはパッド３０が介在されるが、パッド３０が介在されないで、アクスルケース１００の底面１０４が下方に膨らむ曲面で形成され、Ｕボルト２０の折曲部２４とアクスルケース１００の底面１０４とが線接触される他の実施形態もある。また、図１４に示す形状のＵボルト１２０を、上記実施形態におけるのと実質的に同じ異径構造とする他の実施形態もある。

図１０のＡ部における断面拡大図であって、本発明に係るアクスルケースの取付機構の実施形態を示す断面拡大図である。 図１のＢ部拡大図である。 図１０のＡ部におけるＵボルト、パッド、ナット及びワッシャを拡大して示す概略図である。 図３のＣ−Ｃ矢視断面拡大図である。 図３に示すＵボルトの拡大図である。 図３に示すパッドの平面拡大図である。 図６に示すパッドを図６において下方から見た側面図である。 図７に示すパッドを図７において右方から見た側面図である。 図６のＤ−Ｄ矢視断面図である。 図１２に示すホイールローダの前及び後フレーム体を、一部を断面にして示す側面図である。 図１０の平面図である。 本発明に係るアクスルケースの取付機構を備えたホイールローダの側面図である。 従来のアクスルケースの取付機構を示す斜視概略図である。 図１３に示すアクスルケースの取付機構の断面図である。

符号の説明

２：ホイールローダ
４：前フレーム体
２０：Ｕボルト
２２：直線部
２４：折曲部
３０：パッド
３３：上面
３３Ａ：一端部
３３Ｂ：他端部
３３Ｃ：中間部
３３Ｄ、３３Ｅ：段部
３５：凹溝
１００：アクスルケース
１０２：側面
１０４：底面
１０８：位置決め溝

Claims (7)

1. アクスルケースと、アクスルケースをフレームに締結する、円形の横断面を有するＵボルトとを備え、Ｕボルトは半円形状の折曲部を有し、Ｕボルトの折曲部とアクスルケースの底面との間にはパッドが介在される、
   ことを特徴とするアクスルケースの取付機構。
2. アクスルケースを軸方向に見て、パッドの上面とアクスルケースの底面とは、軸方向に直交する横方向に間隔をおいた３箇所において接触させられる、請求項１記載のアクスルケースの取付機構。
3. アクスルケースを軸方向に見て；パッドの上面は、前記横方向の両端部が中間部よりも高く形成されかつ両端部と中間部との間に傾斜面及び曲面からなる段部が形成され、アクスルケースの前記底面は、前記横方向に延在する中間領域と、中間領域の両端からそれぞれ上方にカーブする両端領域とを備え、パッドの上面の中間部がアクスルケースの前記底面における中間領域に接触させられ、パッドの上面における段部の各々が、アクスルケースの前記底面の、対応する両端領域に接触させられる、請求項２記載のアクスルケースの取付機構。
4. パッドの下面とＵボルトの折曲部の半径方向内側面とは線接触させられる、請求項１〜３のいずれか１項に記載のアクスルケースの取付機構。
5. パッドには、下面をアクスルケースの軸方向に直交する横方向に延在しかつ、前記横方向における上面の両端部に至るまで下方に膨らむようにカーブして延在する凹溝が形成され、凹溝の横断面は一定の曲率半径を有する円弧形状をなし、Ｕボルトの折曲部の横断面は、凹溝の横断面の曲率半径よりも小さい半径を有しかつ、凹溝に嵌合される、請求項４記載のアクスルケースの取付機構。
6. Ｕボルトは、相互に間隔をおいて平行に延在する直線部と、直線部の各々の他端間を延在する折曲部とを有し、
   Ｕボルトの折曲部の直径は、直線部の各々の直径よりも大きく形成される、又は、折曲部及び折曲部に続く直線部の各々の一部領域における直径は、直線部の各々における他の領域の直径よりも大きく形成される、請求項１〜５のいずれか１項に記載のアクスルケースの取付機構。
7. アクスルケースは、アクスルケースの軸方向に直交する横方向に間隔をおいて上下方向に延在する一対の側面を備え、側面の各々には、前記軸方向に間隔をおいて上下方向に延在する複数の位置決め溝が側面の各々において相互に同じ軸方向位置に形成され、
   Ｕボルトは、直線部の各々の、折曲部の直径よりも小さい直径を有する領域が、アクスルケースの側面の各々に形成された一対の位置決め溝に嵌合されてアクスルケースに対する取付位置が決められる、請求項６記載のアクスルケースの取付機構。

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