(57)【要約】【課題】捩じり荷重に起因する亀裂の発生が防止される建設機械のフレームを提供する。【解決手段】フレーム２は、底板１０及び底板１０の上面に配置された左右一対の縦板１２を含むセンター部材４と、センター部材４の左右方向両側に配置された左右一対のスカート部材６と、センター部材４と右側のスカート部材６との間及びセンター部材４と左側のスカート部材６との間のそれぞれに配置された複数の梁部材８とを備える。複数の梁部材８は底板１０に対して垂直に起立した状態で配置された板状梁部材２６を含む。板状梁部材２６には第１の屈曲部２６ａ及び第２の屈曲部２６ｂが形成されている。板状梁部材２６は、センター部材４から第１の屈曲部２６ａまで左右方向外方に延びる第１の部分２６ｃと、第１の屈曲部２６ａから第２の屈曲部２６ｂまで延びる第２の部分２６ｄと、第２の屈曲部２６ｂからスカート部材６まで左右方向外方に延びる第３の部分２６ｅとを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
底板及び前記底板の上面に配置され左右方向に間隔をおいて前後方向に延びる左右一対の縦板を含み且つ後端部にはカウンタウエイト取り付け部が設けられたセンター部材と、前記センター部材の左右方向両側に配置され前後方向に延びる左右一対のスカート部材と、前記センター部材と右側の前記スカート部材との間及び前記センター部材と左側の前記スカート部材との間のそれぞれに前後方向に間隔をおいて配置された複数の梁部材とを備え、
前記複数の梁部材は前記底板に対して垂直に起立した状態で配置された板状梁部材を含み、前記板状梁部材には第１の屈曲部及び第２の屈曲部が形成されていて、前記板状梁部材は、前記センター部材から前記第１の屈曲部まで左右方向外方に延びる第１の部分と、前記第１の屈曲部から前記第２の屈曲部まで延びる第２の部分と、前記第２の屈曲部から前記スカート部材まで左右方向外方に延びる第３の部分とを有する建設機械のフレーム。
【請求項２】
前記板状梁部材の前記第１の屈曲部又は前記第２の屈曲部の高さ寸法は、前記第１の部分の左右方向内側端部及び前記第３の部分の左右方向外側端部の高さ寸法よりも小さい、請求項１記載の建設機械のフレーム
【請求項３】
前記センター部材の左右方向外側端部から前記スカート部材の左右方向内側端部までの寸法をＬとした場合、前記第１の屈曲部及び前記第２の屈曲部のそれぞれはＬ／４から３Ｌ／４までの間に位置する、請求項１又は２記載の建設機械のフレーム。
【請求項４】
前記板状梁部材の前記第２の部分の内面と前記センター部材の前記縦板の外面とのなす角度をθとすると０度≦θ≦４５度である、請求項１から３までのいずれかに記載の建設機械のフレーム。
【請求項５】
前記板状梁部材は、前記センター部材と右側の前記スカート部材との間に配置された前記複数の梁部材のうち前記カウンタウエイト取り付け部に最も近い梁部材であり、又は前記センター部材と左側の前記スカート部材との間に配置された前記複数の梁部材のうち前記カウンタウエイト取り付け部に最も近い梁部材である、請求項１から４までのいずれかに記載の建設機械のフレーム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧ショベル等の建設機械に用いられるフレームに関する。
【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、下部走行体と、下部走行体に旋回自在に搭載された上部旋回体と、上部旋回体に作動自在に装着された作業腕装置とを備えている。上部旋回体のフレームは、センター部材と、センター部材の左右方向両側に配置され前後方向に延びる左右一対のスカート部材と、センター部材と各スカート部材とを接続する複数の梁部材とを備える。センター部材の前端側には、作業腕装置が装着される作業腕装置装着部が設けられ、センター部材の後端部には、作業腕装置に対してつり合いを取るためのカウンタウエイトが取り付けられるカウンタウエイト取り付け部が設けられている。
【０００３】
油圧ショベルが凹凸の激しい地面を走行する際や、作業腕装置により掘削作業を行う際は、車両全体が振動するのに伴ってカウンタウエイトが左右方向に傾くように揺動する場合がある。すなわち、センター部材のカウンタウエイト取り付け部を中心としてカウンタウエイトの右側端部及び左側端部が交互に上下方向に動く場合がある。この場合、上部旋回体のフレームには、右スカート部材が前方から後方に向かって上方に傾斜して変形すると共に、左スカート部材が前方から後方に向かって下方に傾斜して変形するような捩じり荷重（以下、単に「捩じり荷重」という。）が作用する。
【０００４】
上部旋回体のフレームに捩じり荷重が作用した場合、センター部材又はスカート部材と梁部材との接続部分等のフレームの各所に応力が集中して亀裂が発生するおそれがある。そこで本出願人は、前面板、背面板、天面板及び底面板を有する断面矩形状のキャブサポート部材（キャブを支持する梁部材）を有し、天面板に左右方向に延びるスリットが形成されている建設機械のフレームを提案した（下記特許文献１参照。）。この建設機械のフレームによれば、曲げ剛性や捩じり剛性が比較的高いキャブサポート部材の曲げ剛性の低下を抑えつつ捩じり剛性を低下することができるので、フレームに捩じり荷重が作用した際にキャブサポート部材が捩じれることによって、センター部材又はスカート部材とキャブサポート部材との接続部分等への応力集中が緩和され、亀裂の発生が防止される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−７９７０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に開示された建設機械のフレームでは、スリットを有するキャブサポート部材とスカート部材又はセンター部材との接続部分等において亀裂の発生が防止されるものの、捩じり荷重が作用した場合にフレームの他の部分においては亀裂が発生するおそれがある。
【０００７】
上記事実に鑑みてなされた本発明の課題は、捩じり荷重に起因する亀裂の発生が防止される建設機械のフレームを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために本発明が提供するのは以下の建設機械のフレームである。すなわち、底板及び前記底板の上面に配置され左右方向に間隔をおいて前後方向に延びる左右一対の縦板を含み且つ後端部にはカウンタウエイト取り付け部が設けられたセンター部材と、前記センター部材の左右方向両側に配置され前後方向に延びる左右一対のスカート部材と、前記センター部材と右側の前記スカート部材との間及び前記センター部材と左側の前記スカート部材との間のそれぞれに前後方向に間隔をおいて配置された複数の梁部材とを備え、前記複数の梁部材は前記底板に対して垂直に起立した状態で配置された板状梁部材を含み、前記板状梁部材には第１の屈曲部及び第２の屈曲部が形成されていて、前記板状梁部材は、前記センター部材から前記第１の屈曲部まで左右方向外方に延びる第１の部分と、前記第１の屈曲部から前記第２の屈曲部まで延びる第２の部分と、前記第２の屈曲部から前記スカート部材まで左右方向外方に延びる第３の部分とを有する建設機械のフレームである。
【０００９】
好ましくは、前記板状梁部材の前記第１の屈曲部又は前記第２の屈曲部の高さ寸法は、前記第１の部分の左右方向内側端部及び前記第３の部分の左右方向外側端部の高さ寸法よりも小さい。前記センター部材の左右方向外側端部から前記スカート部材の左右方向内側端部までの寸法をＬとした場合、前記第１の屈曲部及び前記第２の屈曲部のそれぞれはＬ／４から３Ｌ／４までの間に位置するのが好適である。前記板状梁部材の前記第２の部分の内面と前記センター部材の前記縦板の外面とのなす角度をθとすると０度≦θ≦４５度であるのが好都合である。前記板状梁部材は、前記センター部材と右側の前記スカート部材との間に配置された前記複数の梁部材のうち前記カウンタウエイト取り付け部に最も近い梁部材であり、又は前記センター部材と左側の前記スカート部材との間に配置された前記複数の梁部材のうち前記カウンタウエイト取り付け部に最も近い梁部材であるのが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明が提供する建設機械のフレームでは、板状梁部材が底板に対して垂直に起立した状態で配置されているので板状梁部材の曲げ剛性の低下が抑えられている一方、板状梁部材は第１の屈曲部及び第２の屈曲部を有するので板状梁部材の捩じり剛性が低下している。したがって、本発明の建設機械のフレームによれば、捩じり荷重が作用した際に、第１の屈曲部及び第２の屈曲部を起点として板状梁部材が捩じれることによって、捩じり荷重に起因する変形が板状梁部材以外の部分に伝達されにくくなり、センター部材又はスカート部材と梁部材との接続部分等のフレーム各所への応力集中が緩和され、亀裂の発生が防止される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に従って構成されたフレームを前方から見た斜視図。
【図２】図１に示すフレームを後方から見た斜視図。
【図３】図１に示す右側の板状梁部材を後方から見た斜視図。
【図４】図１に示す左側の板状梁部材を前方から見た斜視図。
【図５】図１に示す右側の板状梁部材の平面図（θ＝０度）。
【図６】図１に示す右側の板状梁部材の平面図（θ＝４５度）。
【図７】図１に示す右側の板状梁部材に、上面カバーを支持する支持柱が取り付けられている状態を示す断面斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に従って構成された建設機械のフレームの好適実施形態について、油圧ショベルの上部旋回体に用いられる旋回フレームを例に挙げ、図面を参照しつつ説明する。
【００１３】
図１及び図２を参照して説明すると、全体を符号２で示す旋回フレームは、センター部材４と、センター部材４の左右方向両側に配置され前後方向に延びる左右一対のスカート部材６と、センター部材４と各スカート部材６とを接続する複数の梁部材８とを備える。なお、前後方向及び左右方向については、図１及び図２に前後左右の文字及び矢印で示す前後方向及び左右方向である。
【００１４】
センター部材４は、底板１０と、底板１０の上面に配置され左右方向に間隔をおいて前後方向に延びる左右一対の縦板１２とを含む。底板１０の上面に溶接されている各縦板１２は三角形状に形成され、各縦板１２の前端側に位置する頂部には、作業腕装置（図示していない。）のブームの基端部が作動自在にピン連結されるブーム連結ピン穴１４が形成されている。なお、底板１０及び縦板１２は、作業腕装置等から大きな荷重が作用するため比較的厚肉の鋼板から形成されている。縦板１２の後端には、左右方向に延びる横板１６が接続されている。この横板１６の後面には、作業腕装置に対してつり合いを取るためのカウンタウエイト（図示していない。）が取り付けられる一対のカウンタウエイト取り付け部１８が設けられている。
【００１５】
図示の実施形態における一対のカウンタウエイト取り付け部１８は、センター部材４の後端部に設けられており、横板１６を挟んで各縦板１２に対向して配置されている。図２に示すとおり、カウンタウエイト取り付け部１８は、底板１０の後端部上面及び横板１６の後面に溶接された三角形状の一対の支持片２０と、横板１６の後面及び各支持片２０の上端部に溶接された長方形状の搭載片２２とを有する。搭載片２２には一対のボルト穴２４が前後方向に間隔をおいて形成されている。そして、各ボルト穴２４に取り付け用ボルト（図示していない。）が下側から通され、搭載片２２の上面に搭載されたカウンタウエイトが取り付け用ボルトによって旋回フレーム２に取り付けられる。
【００１６】
各スカート部材６は、旋回フレーム２の左右方向外縁をなす化粧部材であり、センター部材４の底板１０や縦板１２と比較して薄肉の鋼板から形成されている。
【００１７】
梁部材８は、センター部材４と右側のスカート部材６との間、及びセンター部材４と左側のスカート部材６との間のそれぞれに前後方向に間隔をおいて複数配置されている。梁部材８には、キャブや燃料タンク、作動油タンク等（いずれも図示していない。）が搭載され、搭載される部材に応じて梁部材８は種々の形状に形成されている。図示の実施形態における梁部材８は、センター部材４の底板１０に対して垂直に起立した状態で配置された板状梁部材２６、２８を含む。
【００１８】
図３に示すとおり、右側の板状梁部材２６には、第１の屈曲部２６ａ及び第２の屈曲部２６ｂが形成されていて、右側の板状梁部材２６は、センター部材４（図示の実施形態では横板１６の右側端部）から第１の屈曲部２６ａまで左右方向外方に延びる第１の部分２６ｃと、第１の屈曲部２６ａから第２の屈曲部２６ｂまで延びる第２の部分２６ｄと、第２の屈曲部２６ｂから右側のスカート部材６まで左右方向外方に延びる第３の部分２６ｅとを有する。
【００１９】
図４に示すとおり、左側の板状梁部材２８にも、第１の屈曲部２８ａ及び第２の屈曲部２８ｂが形成されていて、左側の板状梁部材２８は、左側のセンター部材４（図示の実施形態では横板１６の左側端部）から第１の屈曲部２８ａまで左右方向外方に延びる第１の部分２８ｃと、第１の屈曲部２８ａから第２の屈曲部２８ｂまで延びる第２の部分２８ｄと、第２の屈曲部２８ｂから左側のスカート部材６まで左右方向外方に延びる第３の部分２８ｅとを有する。
【００２０】
図示の実施形態の右側の板状梁部材２６及び左側の板状梁部材２８においては、第１の屈曲部２６ａ、２８ａの前方に第２の屈曲部２６ｂ、２８ｂが設けられており、第２の部分２６ｄ、２８ｄは第１の屈曲部２６ａ、２８ａから第２の屈曲部２６ｂ、２８ｂに向かって前方に延びている。なお、第２の屈曲部２６ｂ、２８ｂは第１の屈曲部２６ａ、２８ａの後方に設けられていてもよい。
【００２１】
このように図示の実施形態の旋回フレーム２では、板状梁部材２６、２８が底板１０に対して垂直に起立した状態で配置されているので板状梁部材２６、２８の曲げ剛性の低下が抑えられている一方、板状梁部材２６、２８が第１の屈曲部２６ａ、２８ａ及び第２の屈曲部２６ｂ、２８ｂを有するので板状梁部材２６、２８の捩じり剛性が低下している。このため、図示の実施形態の旋回フレーム２によれば、捩じり荷重が作用した際に、第１の屈曲部２６ａ及び第２の屈曲部２６ｂを起点として右側の板状梁部材２６が捩じれると共に、第１の屈曲部２８ａ及び第２の屈曲部２８ｂを起点として左側の板状梁部材２８が捩じれることによって、捩じり荷重に起因する変形が板状梁部材２６、２８以外の部分に伝達されにくくなる。したがって、旋回フレーム２においては、センター部材４又はスカート部材６と、板状梁部材２６、２８を含む梁部材８との接続部分等の旋回フレーム２の各所への応力集中が緩和され、亀裂の発生が防止される。
【００２２】
図示の実施形態では図１及び図２に示すとおり、右側の板状梁部材２６は、センター部材４と右側のスカート部材６との間に配置された複数の梁部材８のうちカウンタウエイト取り付け部１８に最も近い位置（右側の梁部材８のうち最後方）に配置されている。また、左側の板状梁部材２８は、センター部材４と左側のスカート部材６との間に配置された複数の梁部材８のうちカウンタウエイト取り付け部１８に最も近い位置（左側の梁部材８のうち最後方）に配置されている。
【００２３】
捩じり荷重はカウンタウエイトが左右方向に傾くように揺動することによって生じることから、捩じり荷重に起因する変形は旋回フレーム２の後方から前方に向かって伝達される。したがって、旋回フレーム２に捩じり荷重が作用した場合に、カウンタウエイト取り付け部１８に最も近い位置の板状梁部材２６、２８が捩じれることによって、捩じり荷重に起因する変形が旋回フレーム２の前方へ伝達されにくくなり、旋回フレーム２に亀裂が発生するのがより効果的に防止される。なお、板状梁部材２６、２８は、右側及び左側のそれぞれにおいて最後方に配置されていなくてもよい。また、板状梁部材２６、２８は、右側及び左側のそれぞれにおいて複数設けられていてもよく、あるいは右側又は左側のいずれか一方のみに設けられていてもよい。
【００２４】
板状梁部材２６、２８の第１の屈曲部２６ａ、２８ａ又は第２の屈曲部２６ｂ、２８ｂの高さ寸法は、第１の部分２６ｃ、２８ｃの左右方向内側端部及び第３の部分２６ｅ、２８ｅの左右方向外側端部の高さ寸法よりも小さいのが好ましい。図示の実施形態では図３に示すとおり、右側の板状梁部材２６においては、第２の屈曲部２６ｂの高さ寸法が、第１の部分２６ｃの左右方向内側端部及び第３の部分２６ｅの左右方向外側端部の高さ寸法よりも小さくなっている。また、第２の部分２６ｄの第２の屈曲部２６ｂ側と、第３の部分２６ｅの第２の屈曲部２６ｂ側とは、それぞれ第２の屈曲部２６ｂに向かって高さ寸法が次第に小さくなっている。
【００２５】
一方、左側の板状梁部材２８においては、図４に示すとおり、第１の屈曲部２８ａ及び第２の屈曲部２８ｂの高さ寸法が、第１の部分２８ｃの左右方向内側端部及び第３の部分２８ｅの左右方向外側端部の高さ寸法よりも小さくなっている。また、第１の部分２８ｃの第１の屈曲部２８ａ側は、第１の屈曲部２８ａに向かって次第に高さ寸法が小さくなっていると共に、第３の部分２８ｅの第２の屈曲部２８ｂ側は、第２の屈曲部２８ｂに向かって高さ寸法が次第に小さくなっている。なお、第１の屈曲部２８ａ又は第２の屈曲部２８ｂのいずれか一方の高さ寸法を、第１の屈曲部２８ａ又は第２の屈曲部２８ｂのいずれか他方の高さ寸法よりも小さくしてもよい。
【００２６】
図示の実施形態のように、第１の屈曲部２６ａ、２８ａ又は第２の屈曲部２６ｂ、２８ｂの高さ寸法が、第１の部分２６ｃ、２８ｃの左右方向内側端部及び第３の部分２６ｅ、２８ｅの左右方向外側端部の高さ寸法よりも小さいと、第１の屈曲部２６ａ、２８ａ及び第２の屈曲部２６ｂ、２８ｂの剛性が、第１の部分２６ｃ、２８ｃの左右方向内側端部及び第３の部分２６ｅ、２８ｅの左右方向外側端部よりも低くなる。したがって、旋回フレーム２に捩じり荷重が作用した場合に、右側の板状梁部材２６が第１の屈曲部２６ａ及び第２の屈曲部２６ｂを起点として捩じれやすくなると共に、左側の板状梁部材２８が第１の屈曲部２８ａ及び第２の屈曲部２８ｂを起点として捩じれやすくなり、捩じり荷重に起因する変形が板状部材２６、２８以外の部分により伝達されにくくなる。また、板状梁部材２６、２８が捩じれた際に、板状梁部材２６、２８とセンター部材４との溶接部やその周辺部分、及び板状梁部材２６、２８とスカート部材６との溶接部やその周辺部分等に作用する応力が低減され亀裂が発生しにくくなる。
【００２７】
図５を参照して説明する。センター部材４の左右方向外側端部からスカート部材６の左右方向内側端部までの寸法をＬとした場合、第１の屈曲部２６ａ及び第２の屈曲部２６ｂのそれぞれはＬ／４から３Ｌ／４までの間に位置するのが好適である。旋回フレーム２に捩じり荷重が作用した場合には、板状梁部材２６は第１の屈曲部２６ａ及び第２の屈曲部２６ｂを起点として捩じれることから、第１の屈曲部２６ａ及び第２の屈曲部２６ｂのそれぞれがＬ／４から３Ｌ／４までの間に位置していることによって、板状梁部材２６が捩じれた際に、板状梁部材２６の左右方向両端の溶接部やその周辺部分等に作用する応力が低減され亀裂が発生しにくくなる。一方、センター部材４の左右方向外側端部と第１の屈曲部２６ａとの間の寸法、第２の屈曲部２６ｂとスカート部材６の左右方向内側端部との間の寸法がＬ／４よりも小さいと、板状梁部材２６の左右方向両端の溶接部やその周辺部分等に応力が集中しやすくなる。なお、左側の板状梁部材２８についても、右側の板状梁部材２６と同様に、第１の屈曲部２８ａ及び第２の屈曲部２８ｂのそれぞれがＬ／４から３Ｌ／４までの間に位置するのが好適である。
【００２８】
図５及び図６を参照して説明する。板状梁部材２６の第２の部分２６ｄの内面（左側の面）と、センター部材４の縦板１２の外面（右側の面）とのなす角度をθ（図６参照。）とすると、０度≦θ≦４５度であるのが好都合である。図５には、θが０度（第２の部分２６ｄと縦板１２とが平行）の場合の板状梁部材２６の平面図が示されている。また、図６には、θが４５度の場合の板状梁部材２６の平面図が示されている。旋回フレーム２に捩じり荷重が作用したときの板状梁部材２６の捩じれやすさとθとの関係については、カウンタウエイトが左右方向に傾くように揺動することによって捩じり荷重が生じることから、θが０度に近いほど板状梁部材２６の捩じり剛性が小さく板状梁部材２６が捩じれやすくなり、捩じり荷重に起因する変形が板状梁部材２６以外の部分に伝達されにくくなる。一方、θが４５度よりも大きいと、板状梁部材２６が捩じれにくく、捩じり荷重に起因する変形が板状梁部材２６以外の部分に伝達されやすくなる。なお、左側の板状梁部材２８についても、右側の板状梁部材２６と同様に、第２の部分２８ｄの内面（右側の面）と、縦板１２の外面（左側の面）とのなす角度θが０度から４５度までの範囲内であるのが好都合である。
【００２９】
図示の実施形態では、板状梁部材２６の第１の部分２６ｃ及び第３の部分２６ｅがセンター部材４の縦板１２に対して垂直であるが、第１の部分２６ｃ及び第３の部分２６ｅは縦板１２に対して垂直でなくてもよい。また、第１の部分２６ｃと、第２の部分２６ｄと、第３の部分２６ｅのそれぞれは真直に延びていなくてもよい。これらについては、左側の板状梁部材２８についても同様である。
【００３０】
板状梁部材２６、２８は、旋回フレーム２に捩じり荷重が作用した際に他の梁部材８と比較して捩じれやすくなっているものの、油圧ショベルの構成部材を取り付けるための取り付け部（たとえばブラケットやボス等）を設けることができる程度の剛性は有している。したがって、たとえば図６に示すとおり、上部旋回体の上面カバー３０を支持する支持柱３２を右側の板状梁部材２６に取り付けてもよく、あるいはバルブやフィルタ等の部品（図示していない。）を板状梁部材２６、２８に取り付けてもよい。また、旋回フレーム２に捩じり荷重が作用した際に板状梁部材２６、２８の捩じれを阻害しない程度の比較的剛性の低い薄板部材（たとえばボトムカバー３４、３６等）を板状梁部材２６、２８に適宜溶接してもよい。
【００３１】
なお、旋回フレーム２に捩じり荷重が作用した際には、第２の部分２６ｄ、２８ｄの長さが長いほど板状梁部材２６、２８が捩じれやすく、第２の部分２６ｄ、２８ｄの長さが短いほど板状梁部材２６、２８が捩じれにくくなる。このため、第２の部分２６ｄ、２８ｄの長さは、想定される捩じり荷重の大きさや車両コンポーネント等に応じて適宜決定される。
【符号の説明】
【００３２】
２：旋回フレーム
４：センター部材
６：スカート部材
８：梁部材
１０：底板
１２：縦板
１８：カウンタウエイト取り付け部
２６：右側の板状梁部材
２６ａ：第１の屈曲部
２６ｂ：第２の屈曲部
２６ｃ：第１の部分
２６ｄ：第２の部分
２６ｅ：第３の部分
２８：左側の板状梁部材
２８ａ：第１の屈曲部
２８ｂ：第２の屈曲部
２８ｃ：第１の部分
２８ｄ：第２の部分
２８ｅ：第３の部分
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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