(57)【要約】【課題】軽量化に際して局部的高応力部が発生するのを防止できる構成とされるボックス断面構造の長尺構造物を具備する作業機を提供する。【解決手段】断面形状が幅方向の両端部に厚肉のコーナ部分１１ｄ（１２ｄ）を有するフランジ部１１ｂ，１１ｂ（１２ｂ，１２ｄ）とそれら両フランジ部１１ｂ，１１ｂ間の略中央部に突稜部１１ｃ（１２ｃ）とを形成される型鋼材を、少なくとも上下いずれかに用いて前記フランジ部１１ｂ，１１ｂ（１２ｂ，１２ｄ）に側板１３を接合し、要所では前記突稜部１１ｃ（１２ｃ）に縦リブ１７が溶接され、補強してなるボックス断面構造の長尺構造物を具備する。【選択図】　　　　　図２
2004092210.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
断面形状が幅方向の両端部に厚肉コーナ部を有するフランジ部とそれら両フランジ部間の略中央部に突稜部とを形成された型鋼材を、少なくとも上下いずれかに用いて前記フランジ部に側板を接合してなるボックス断面構造の長尺構造物を具備することを特徴とする作業機。
【請求項２】
ボックス断面構造の長尺構造物は、その上下に前記型鋼材を対向させて用い、その対向する両側のフランジ部にそれぞれ側板を接合させて構成される請求項１に記載の作業機。
【請求項３】
前記長尺構造物はブームであり、その中央部分に起伏用アクチュエータの可動端部の取付ボス部が設けられ、その取付ボス部位置から長手方向の前後に所要距離をおいて内部に隔壁板が設けられ、かつその両隔壁板間でブームの中央軸線に沿って設けられる縦リブが、前記型鋼材の突稜部に溶接される構成である請求項１または２に記載の作業機。
【請求項４】
ブームの中央部側板に設けられる起伏用アクチュエータとの連結ボス部の組付け部は、前記縦リブをボックス構造の内部で溶接作業できる透かし孔が側板に設けられ、その透かし孔を覆って固着される覆い板片を介して連結ボス部が所定位置に溶接固着される構成である請求項３に記載の作業機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として建設機械，土木機械など過酷な条件で使用される機械に組み込まれて可動する作業機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、建設作業や土木作業に使用されている作業機械、例えば油圧ショベル１００は、図４に示されるように、装軌式の下部走行体１０１と、この下部走行体１０１に旋回機構１０２を介して旋回自在に装着される上部旋回体１０３を備え、その上部旋回体１０３の前部に、それぞれ油圧シリンダによって操作されるブーム１０６とアーム１０７およびバケット１０８を有する作業機１０５が付設されている。なお、上部旋回体１０３上には、図示省略される駆動機（エンジン）並びにカウンタウエイト１０９が搭載されている。
【０００３】
この油圧ショベル１００における前記作業機のブーム１０６は、作業時において、例えばアーム１０７の先端に取付くバケット１０８を上向きの姿勢で最大限上部旋回体１０３側に近寄せて、かつ高い位置に持上げてダンプトラックに土砂を積み込むような操作を行わせることから，その作業半径の最大位置での操作と最小作業半径にバケット１０８を引き込んで操作するのを容易にするとともに、輸送時に車高を低くできるようにする必要上、その外形をくの字（ブーメラン形）に形成されている。このようにブーム１０６は、作業時の機能性と輸送時における利便性とが要因となって外形が定まっており、構造上製作容易でかつ強度を高める関係から、このブーム１０６の断面形状を箱型形状（ボックス構造）にされている。
【０００４】
このようなブーム１０６には、掘削時にバケット１０８を土砂に貫入させるため上下方向に大きな負荷が作用し、また貫入させて掬い取った土砂をダンプトラックなどに積み込むために上部旋回体１０３とともに旋回されるために左右方向の負荷が作用する。当然、これらの負荷に加えてねじれ負荷が作用する。このような負荷に対して変形に耐え得るように、幅寸法に対して高さ寸法を高くして、かつブームを上下に作動させるためのブームシリンダとの接続部となるボス部の近傍において内部に横断するような隔壁材やボス部を補強するパイプ材などの断面拘束材を設けて強化するような構造とされている。
【０００５】
しかしながら、前述のような構造のブームなど長尺の作業機の構成部材では、その剛性を高めて耐久性向上を図ることができる反面、自重量が増し、これに連動して大きなカウンタウエイトを必要とする。言換えると車両の重量が軽減できないという問題点が生じていた。そこで、作業機械の軽量化・小型化を図る目的から、前述のような油圧ショベルにおける作業機のブームにあっては、従来方式のボックス構造からより合理的な構造で軽量化する試みが、本出願人の先出願（特願２００１−３９９４０３号）によって提案されている。このブーム５０は、構成する上下の部材５１，５２を、図５に示されるように、所要の板材を用いて幅方向の両端部５１ａ，５１ａ（５２ａ，５２ａ）を縁曲げして断面が扁平なＵ字状にされた部材として、その両縁曲げ部（両端部）を上下に相対向するように配し、その各縁曲げ部端を側面板５３，５３にて繋ぎ合わせるように溶接したコーナ部Ａがラウンド形のボックス構造にして、かつブーム５０の中央部への応力による変形を抑制する縦仕切板（縦リブ）５５を配設し、その前後位置に横仕切板（隔壁板５６）をそれぞれ配した構造とすることで、強度を低下させることなく軽量化を図ることができる。なお、図中符号５７はアクチュエータとの連結ボス部である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この特願２００１−３９９４０３号によって提案された構成の作業機におけるブーム５０では、その後の研究によって予測されなかった問題点が発生することが判明した。すなわち、そのブーム５０における中央部分においては、ブームシリンダとの連結ボス部形成個所（図４におけるＢ）から前後に所要距離おいて設けられる横仕切板（隔壁板５６）間に、そのほぼ中央線上で縦リブ５５を設けて、それらを両端縁部５１ａ，５２ａが曲げ加工された上下両部材５１，５２と溶接されて一体化する構造である。そのために、大きな負荷が作用すると縦リブ５５はその取付け状態を維持できるが、基部側に位置する横仕切板に近い位置では上下両部材の平坦面部で、図５に二点鎖線ａにて示されるように、縦リブ５５との接合個所から両側板までの間が外向きに膨出する（現象を了解できるように誇張して表わしている）ようになり、これに伴い左右両側板５３，５３が内向きに引き寄せられる状態（二点鎖線ｂで表わす）で変形する現象が現れた。
【０００７】
このような変形現象の発生は、横断面形状におけるコーナ部Ａが板材を曲げ加工したラウンド形の上面部材５１と下面部材５２の間に縦リブ５５を配置し、両縁５１ａ，５２ａの端部で側板５３を溶接する構成とされるため、掘削時に縦リブ５５と上下面部材５１，５２との溶接個所とコーナ部Ａとの間に引張り応力が生じて膨出し、一方コーナ部分Ａは形状を保とうと引張り応力が生じてそれに伴い左右両側板５３，５３が内向きに引き寄せられて所期の目的が十分に達成できない状態となったと推察される。
【０００８】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、軽量化に際して局部的高応力部が発生するのを防止できる構成とされるボックス断面構造の長尺構造物を具備する作業機を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【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は、
断面形状が幅方向の両端部に厚肉コーナ部を有するフランジ部とそれら両フランジ部間の略中央部に突稜部とを形成される型鋼材を、少なくとも上下いずれかに用いて前記フランジ部に側板を接合してなるボックス断面構造の長尺構造物を具備することを特徴とするものである（第１発明）。
【００１０】
本発明によれば、構成される構造部材において高応力が発生する部分となる組合せ部材との接合部のみを板厚の増した素材（型鋼材）を用いることで、加工による応力の低減を図り、長尺構造物全体の重量軽減をなし得て、真に高強度で軽量化された作業機を提供でき得るという効果を奏するものである。
【００１１】
前記発明において、ボックス断面構造の長尺構造物は、その上下に前記型鋼材を対向させて用い、その対向する両側のフランジ部にそれぞれ側板を接合させて構成されるのがよい（第２発明）。このようにすることで、コーナ部の肉厚が厚く形成された素材をそのまま縦通部材として使用できるので、形鋼材として素材が本来所有する剛性を活用して断面強度の高い、かつ板厚を薄くして軽量化された長尺構造物を得ることができる。
【００１２】
前記発明において、長尺構造物はブームであり、その中央部分に起伏用アクチュエータの可動端部の取付ボス部が設けられ、その取付ボス部位置から長手方向の前後に所要距離をおいて内部に隔壁板が設けられ、かつその両隔壁板間でブームの中央軸線に沿って設けられる縦リブが、前記型鋼材の突稜部に溶接される構成であるのが好適である（第３発明）。こうすると、例えば油圧ショベルの作業機におけるブームとして、高負荷により局部的高応力が中央部分における局所に発生しても、素材の原型が維持されるとともに、全体の板厚をアップさせることなく縦リブと上下板との接合部の応力を低減することができ、高強度な軽量化作業機の実現が可能になる。
【００１３】
また、前記第３発明において、ブームの中央部側板に設けられる起伏用アクチュエータとの連結ボス部の組付け部は、前記縦リブをボックス構造の内部で溶接作業できる透かし孔が側板に設けられ、その透かし孔を覆って固着される覆い板片を介して連結ボス部が所定位置に溶接固着される構成であるのがよい（第４発明）。こうすることにより、ボックス構造のブームの内部に取付けられる縦リブの溶接を容易化し得る開口（透かし孔）を確保して、その開口を覆う覆い板片に連結ボス部を取付けて、冶具により連結ボスの位置決めを行った後に覆い板片で開口部分を固定的に覆うようにすれば、正確な製品を無理なく製作できるという効果が得られる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明による作業機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。本実施形態は建設機械、例えば油圧ショベルにおける作業機のブームについて記載する。
【００１５】
図１には、本実施形態のブームの全体斜視図が示されている。図２にはブームにおける要部を一部切欠いて表わす拡大斜視図が、図３にはブームを構成する要部の縦断面図が、それぞれ示されている。
【００１６】
本実施形態のブーム１０は、側面視ブーメラン形に形成されて従来のものと外観的に同様であるが、その構成部材について、上面部材１１と下面部材１２が異なるもので、かつ中央部の構成を異にするものである。なお、このブーム１０の基端部には図示されない車体上部旋回体に対する取付ブラケット２１が、また先端部にはアーム接続用のブラケット２２がそれぞれ一体に付設されている。
【００１７】
まず、上面部材１１と下面部材１２は、図２に示されるように、断面において（上面部材１１と下面部材１２は同一形状であるので、以下、詳細部分は上面部材１１を代表して説明する）、所要幅の平坦部（ウエブ）１１ａの両端をほぼ直角に屈して適宜高さ寸法の側縁部（フランジ部）１１ｂが両側に設けられ、かつ平坦部（ウエブ）１１ａの内側中央部分に突稜部１１ｃが形成され、さらに、前記両側縁部１１ｂ，１１ｂのコーナ部分１１ｄを他の部分よりも肉厚が厚くされて外向き曲面を有する形状に圧延成形された、いわゆるラウンドコーナを備える圧延形鋼材が用いられる。
【００１８】
このような上面部材１１と下面部材１２とは、同一寸法形状のものを、そのウエブ面１１ａ（１２ａ）を外向きにして上下対称に配置され、別途所定の外形寸法に板材から切り出されてなる側板１３，１３の外形と合致するように曲げ加工されたものを、それらの両フランジ部１１ｂ，１２ｂ端と前記側板１３，１３の側辺を突合せて溶接され、ボックス構造に形成される。
【００１９】
また、ブーム１０の中央部では、ブームシリンダ（本発明の起伏用アクチュエータに対応）のロッドとの連結ボス部１５から長手方向の前後所要位置で内部に、隔壁板１６，１６がそれぞれブーム１０の軸線に直交する向きで溶接配置され、それら隔壁板１６，１６間に縦リブ１７が上面部材１１と下面部材１２のウエブ内側に位置する突稜部１１ｃ，１２ｃに沿わせて溶接配置されて、それら隔壁板１６，１６と縦リブ１７とによって強化構造にされている。なお、前記隔壁板１６および縦リブ１７は、ボックス構造に形成されたブーム１０の両側板１３，１３に予め形成されている横長の透かし孔１８を通じて、それぞれ内部で溶接される。また、前記縦リブ１７には後述する連結ボス部１５を構成するボス部片１５ａのフランジ部１５ｃが挿通できる孔１７ａが対応する位置に設けられている。
【００２０】
前記ブーム１０の中央部に設けられる連結ボス部１５は、所要口径のパイプ材１５ｂの両端に連結軸を支持する軸孔を有するボス部片１５ａ，１５ａが同軸芯で取付られ、そのボス部片１５ａには前記透かし孔１８を覆う覆い板片１９と接合するためのフランジ部１５ｃが設けられている。このボス部片１５ａと覆い板片１９および側板１３の透かし孔１８との結合関係は、前記透かし孔１８の形状にほぼ合致する外形の覆い板片１９が用意され、また、前記覆い板片１９に設けられるボス部片１５ａの取付孔１９ａにボス部片１５ａのフランジ部１５ｃ外形がほぼ合致するように、それぞれ準備されたものを使用して、そのボス部片１５ａを一方の覆い板片１９に設けられる取付孔１９ａから縦リブ１７に設けられる孔１７ａを通して他方の覆い板片１９の取付孔１９ａに臨ませ、そのボス部片１５ａの軸孔が所定寸法位置になるように、冶具を用いて位置決めされ、その後においてフランジ部１５ｃと覆い板片１９およびその覆い板片１９と側板１３の透かし孔１８の周縁部とを溶接して一体化される。それら溶接部は、予め精密溶断加工によって孔部が形成されているので大きく位置ずれすることなく仕上ることができる。
【００２１】
本実施形態の作業機のブーム１０は、このような構成にされているので、軽量化を図る上で問題点となる局部的高応力が発生しやすいブーム１０の中央部における強化部分にて、上下面部材１１，１２にラウンドコーナ部１１ｄを厚肉にして、かつ縦リブ１７との接合位置に突稜部１１ｃが形成された形鋼材を用いることで、その形鋼材のもつ剛性をそのまま生かすことにより、応力の低減が可能になる。しかも、先願技術のように板材を曲げ加工してラウンドコーナ部を形成するものではないので、作業性が一段と向上し、より効果的に、かつ外観的にも美麗に仕上げられるという効果が得られる。
【００２２】
さらに、この実施形態では、上面部材１１および下面部材１２をその全長に亙り前記形鋼材を使用して形成されることになるので、全体としての強度を高めることができるので、許容される範囲で要部以外の部分を薄肉に形成した素材を用いれば、無理なく軽量化させることができる。
【００２３】
以上の説明においては、油圧ショベルのブームについて記載したが、そのほかに、アームなどボックス構造の長尺構造物においても素材の時点でラウンドコーナ部を有するものを用いて構成できるので、製作容易にして断面強度の高い製品を得ることができる。
【００２４】
また、前記連結ボス部１５のように長尺構造物の中間部に設けられる部材の取付構造において、その内部強化部材の組付けに要する透かし孔１８を覆う部片１９には、図示省略するが、必要に応じて膨らみを持たせた部片を配するようにすれば、断面強度を高め得るとともに、外観上の美的効果を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本実施形態のブームの全体斜視図である。
【図２】図２は、ブームにおける要部を一部切欠いて表わす拡大斜視図である。
【図３】図３は、である。
【図４】図４は、従来の作業機を備える油圧ショベルの一例を表わす側面図である。
【図５】図５は、先願技術によるブーム要部の横断面と高負荷により発生した変形の態様を併記した図である。
【符号の説明】
１０　　　　　　　　　ブーム
１１　　　　　　　　　上面部材
１１ａ，１２ａ　　　　ウエブ
１１ｂ，１２ｂ　　　　フランジ部
１１ｃ，１２ｃ　　　　突稜部
１２ｄ，１２ｄ　　　　コーナ部分
１２　　　　　　　　　下面部材
１３　　　　　　　　　側板
１５　　　　　　　　　連結ボス部
１５ａ　　　　　　　　ボス部片
１６　　　　　　　　　隔壁板
１７　　　　　　　　　縦リブ
１８　　　　　　　　　透かし孔
１９　　　　　　　　　覆い板片
１９ａ　　　　　　　　ボス部片のフランジ部の取付孔
【図１】
2004092210.tif 000003
【図２】
2004092210.tif 000004
【図３】
2004092210.tif 000005
【図４】
2004092210.tif 000006
【図５】
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