(57)【要約】【課題】作業機械の転倒時などに運転室に加わる力によるエネルギーを、運転室の変形以外においても吸収できるようにし、運転室本体の変形を抑制し、オペレータの空間確保に必要な運転室の剛性追加を最小限にできるようにし、安価で、設置スペースに制限されない、またオペレータの視界をさまたげない、運転室補強構造を提供する。【解決手段】弾性支持部材（１６）を介し機体フレーム（８）に取付けられた運転室（１０）と機体フレーム（８）の間に緩衝手段（Ｋ１）を介在させ、所定の大きさ（Ｌ）を越えた引離し変位を弾性的に吸収させる。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性支持部材を介して作業機械の機体フレームに取付けられた運転室と該機体フレームとの間に１個以上の緩衝手段を介在させ、
該運転室に機体フレームから引離す方向の力が作用し引離し変位が該弾性支持部材の作用範囲を越えた所定の大きさになると、該緩衝手段が作用して該所定の大きさを越えた変位を弾性的に吸収する、ことを特徴とする運転室補強構造。
【請求項２】
該緩衝手段が、該機体フレーム又は運転室のいずれか一方に取付けられた引張弾性部材と、該機体フレーム又は運転室の他方に取付けられてこの引張弾性部材に該引離し方向において係合する引張部材とを備えている、請求項１記載の運転室補強構造。
【請求項３】
該引張弾性部材が引張コイルスプリングを備え、該引張部材の一端が引張コイルスプリング内に挿入され、この挿入部と引張コイルスプリングとが係合可能に形成されている、請求項２記載の運転室補強構造。
【請求項４】
該引張弾性部材がその弾性限界を越えて伸張変位したときに当接する、該引張弾性部材の取付部材に設けられた干渉部材を備えている、請求項２又は３に記載の運転室補強構造。
【請求項５】
該緩衝手段が、該機体フレーム又は運転室のいずれか一方に取付けられた当接部材と、該機体フレーム又は運転室の他方に取付けられ該引離し変位が大きくなるにつれてこの当接部材に接近する対向部を有した引張部材と、該当接部材と対向部との間に介在された圧縮弾性部材とを備えている、請求項１記載の運転室補強構造。
【請求項６】
該圧縮弾性部材が圧縮コイルスプリングにより形成されている、請求項５記載の運転室補強構造。
【請求項７】
該圧縮弾性部材が筒状の圧縮ブロックにより形成されている、請求項５記載の運転室補強構造。
【請求項８】
該弾性支持部材が該引張部材を介して機体フレーム又は運転室に連結されている、請求項２から７までのいずれかに記載の運転室補強構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、運転室補強構造、さらに詳しくは、運転室に作業機械の転倒などにより外力が作用したときに、運転室の変形、潰れを抑制して室内のオペレータを保護する、運転室補強構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
作業機械に備えられる運転室は、機体フレームにその床部分が防振のための弾性支持部材である例えばビスカスマウントを介して取付けられている（例えば、特許文献１参照）。この運転室設置構造においては、万一機体が転倒するなどにより外力が作用した場合、ビスカスマウントに運転室と機体フレームとを引き離す力が作用し、この力が過度になるとビスカスマウントが破損し、運転室が倒壊し、室内にオペレータの空間を確保するのが難しくなる。
【０００３】
この対策として、例えばビスカスマウントがその作用範囲以上に引っ張られて破損しないように、ビスカスマウントのストロークを制限する補強構造物を追加することが行われる（例えば、特許文献２参照）。この形態においては運転室を倒壊させようとするエネルギーはすべて運転室の構造物で受けることになり、静的な荷重であれば対応できても衝撃荷重の場合には構造物の変形、潰れによってエネルギーを吸収するのが難しい。
【０００４】
したがってこのような場合には、運転室保護構造として、運転室全体を覆うように形成したキャブガードが採用されている（例えば、特許文献３参照）。しかしながら、この運転室保護構造は、運転室とは別体に運転室全体を覆うようにかつ倒壊しないように頑強に形成されるので、コストが高く、設置スペースを設けるための機体のレイアウトが難しく、また室内のオペレータからの視界が悪くなる、などの解決すべき問題を有している。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−３１７８５０号公報（第１図、第２図）
【特許文献２】
特開２００２−３３９４０６号公報（第４図）
【特許文献３】
特開２００１−１７３０１７号公報（第１図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
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、作業機械の転倒時などに運転室に加わる力によるエネルギーを、運転室の変形以外においても吸収できるようにし、運転室本体の変形を抑制し、オペレータの空間確保に必要な運転室の剛性追加を最小限にできるようにし、安価で、設置スペースに制限されない、またオペレータの視界を妨げない、運転室補強構造を提供することである。
【０００７】
【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、弾性支持部材を介して作業機械の機体フレームに取付けられた運転室と該機体フレームとの間に１個以上の緩衝手段を介在させ、該運転室に機体フレームから引離す方向の力が作用し引離し変位が該弾性支持部材の作用範囲を越えた所定の大きさになると、該緩衝手段が作用して該所定の大きさを越えた変位を弾性的に吸収する、ことを特徴とする運転室補強構造である。
【０００８】
そして、運転室に過大な力が作用し、弾性支持部材の作用範囲を変位が越え、所定の大きさになった場合には、その変位を緩衝手段に伝え、運転室を倒壊させようとするエネルギーの一部又は全部を緩衝手段によって吸収し、運転室本体の変形を抑制し、オペレータの空間を確保し、また運転室の剛性補強を最小限にするすることができるようにする。さらに、構造が従来のキャブガードなどに比べて簡単にできるので、安価であり、設置スペースに制限されず、オペレータの視界も妨害しない。
【０００９】
請求項２に記載された発明は、請求項１記載の運転室補強構造において、該緩衝手段が、該機体フレーム又は運転室のいずれか一方に取付けられた引張弾性部材と、該機体フレーム又は運転室の他方に取付けられてこの引張弾性部材に該引離し方向において係合する引張部材とを備えているものである。
【００１０】
そして、引張弾性部材と引張部材を係合させ、引張弾性部材を変形させることにより変位を弾性的に吸収し、運転室を変形させようとするエネルギーを吸収する。
【００１１】
請求項３に記載された発明は、請求項２記載の運転室補強構造において、該引張弾性部材が引張コイルスプリングを備え、該引張部材の一端が引張コイルスプリング内に挿入され、この挿入部と引張コイルスプリングとが係合可能に形成されているものである。
【００１２】
そして、引張コイルスプリングを用いることにより、安価で小スペースの緩衝手段を構成する。
【００１３】
請求項４に記載された発明は、請求項２又は３記載の運転室補強構造において、該引張弾性部材がその弾性限界を越えて伸張変位したときに当接する、該引張弾性部材の取付部材に設けられた干渉部材を備えているものである。
【００１４】
そして、引張弾性部材だけでは吸収することのできない大きなエネルギーは、干渉部材との当接によって吸収する。干渉部材は、吸収するエネルギーの大きさに応じて、柔構造にあるいは剛構造に適宜に設定することができる。
【００１５】
請求項５に記載された発明は、請求項１記載の運転室補強構造において、該緩衝手段が、該機体フレーム又は運転室のいずれか一方に取付けられた当接部材と、該機体フレーム又は運転室の他方に取付けられ該引離し変位が大きくなるにつれてこの当接部材に接近する対向部を有した引張部材と、該当接部材と対向部との間に介在された圧縮弾性部材とを備えているものである。
【００１６】
そして、当接部材と引張部材の間で圧縮弾性部材を圧縮変形させることにより変位を弾性的に吸収し、運転室を変形させようとするエネルギーを吸収する。
【００１７】
請求項６に記載された発明は、請求項５記載の運転室補強構造において、該圧縮弾性部材が圧縮コイルスプリングにより形成されているものである。
【００１８】
そして、圧縮コイルスプリングの中に引張部材を通し配設することにより、安価で小スペースの緩衝手段を構成する。
【００１９】
請求項７に記載された発明は、請求項５記載の運転室補強構造において、該圧縮弾性部材が筒状の圧縮ブロックにより形成されているものである。
【００２０】
そして、筒状ブロックの中に引張部材を通し配設することにより、安価で小スペースの緩衝手段を構成する。
【００２１】
請求項８に記載された発明は、請求項２から７までのいずれかに記載の運転室補強構造において、該弾性支持部材が該引張部材を介して機体フレーム又は運転室に連結されているものである。
【００２２】
そして、機体フレームと運転室の間に介在される弾性支持部材の一方の側に緩衝手段の引張部材を連結することにより、緩衝手段を弾性支持部材の設置部分にコンパクトに配設する。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に従って構成された運転室補強構造について、典型的な作業機械である油圧ショベルの運転室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。
【００２４】
図１を参照して油圧ショベルについて説明する。全体を番号２で示す油圧ショベルは、下部走行体４と、下部走行体４上に旋回自在に取付けられた上部旋回体６を備え、機体フレームとしての上部旋回体６のスイングフレーム８には、運転室１０、運転室１０の前方に張り出して上下方向に揺動作動を自在に取付けられたフロント作業装置１２、及び運転室１０の後方に配置されエンジンなどの機器が収容された後部機体１４を備えている。
【００２５】
運転室１０とスイングフレーム８の取付関係について、骨組み構造で示した運転室１０とスイングフレーム８とを、機体の内方側から見た図２、及び本発明に係る運転室補強構造の第１の実施の形態を示した図３を参照して説明する。
【００２６】
運転室１０は、運転室本体１０ａのピラー、パネル、ルーフなどが鋼製部材によって形成され溶接接合されて構成されている。運転室本体１０ａは、防振のための弾性支持部材であるビスカスマウント１６を介してスイングフレーム８に取付けられたフロアプレート１０ｂに、ボルト１８によって取付けられている。フロアプレート１０ｂは、運転室本体１０ａの底部形状に合わせた略矩形の平板状に形成され、少なくともその４隅にビスカスマウント１６が配設されている。ビスカスマウント１６は周知のものであり、例えば特開２００２−３１７８５０号公報に開示されている。フロアプレート１０ｂ上にオペレータの運転席（図示していない）が配設されている。
【００２７】
運転室補強構造の第１の実施の形態について図３を参照して説明する。ビスカスマウント１６を介してスイングフレーム８上に取付けられたフロアプレート１０ｂとスイングフレーム８の間に、全体を符号Ｋ１で示す緩衝手段が介在されている。後に詳述するように、緩衝手段Ｋ１は、運転室１０に矢印Ｘで示すスイングフレーム８から引離す方向（図３の上向方向）の力が作用し、引離し変位がビスカスマウント１６の作用範囲を越えて所定の大きさになると作用して所定の大きさを越えた変位を弾性的に吸収する。ビスカスマウント１６は、その本体ケース１６ａがスイングフレーム８に取付けられ、運転室１０側の端の雌ねじ１６ｂに、フロアプレート１０ｂに取付けられた緩衝手段Ｋ１の引張バー２２が連結されている。
【００２８】
緩衝手段Ｋ１は、スイングフレーム８に取付けられた引張弾性部材としての引張コイルスプリング２０と、運転室１０のフロアプレート１０ｂに取付けられて引離し方向Ｘにおいてスプリング２０と係合する引張部材としての引張バー２２を備えている。
【００２９】
スプリング２０は、矩形断面のばね鋼線材を密巻きにして形成され、その下端部には取付プレート２０ａがスプリングの内径と略同じ大きさの穴２０ｂを有した円板状に形成されて、また上端部には係止プレート２０ｃがスプリングの外径と略同じ外径を有し中央に引張バー２２のバー２２ａ通すための穴２０ｄを有した円板状に形成されて、それぞれ一体的に接合されている。
【００３０】
引張バー２２は、鋼により形成され、丸棒状のバー２２ａと、バー２２ａより大径に下端部に設けられた円板状のストッパ２２ｂと、下端部の先端に形成されビスカスマウント１６の雌ねじ１６ｂと螺合する雄ねじ２２ｃを備えている。ストッパ２２ｂの外径はスプリング２０の内径部に挿入可能な大きさに形成されている。引張バー２２は、ビスカスマウント１６に取付けた状態で、スプリング２０の係止プレート２０ｃから上方に突出し、その先端がフロアプレート１０ｂの下面に当接する長さに形成されている。
【００３１】
係止プレート２０ｃの下面とストッパ２２ｂの上面の間には、所定の大きさの隙間Ｌが設けられている。この隙間Ｌは、運転室１０の通常の振動によるビスカスマウント１６の作用範囲では干渉しない大きさで、機体転倒時などに運転室１０に過大な力が作用し運転室１０の矢印Ｘの引離し方向の変位が作用範囲を越えたときに初めて接触するように設定されている。すなわち、隙間Ｌは、運転室１０に機体フレーム８から引離す方向の力が作用し引離し変位が弾性支持部材１６の作用範囲を越えた所定の大きさを規定している。
【００３２】
この運転室補強構造を組み立てるには、先ずスイングフレーム８に取付けられたビスカスマウント１６の雌ねじ１６ｂに引張バー２２を取付け、その後スプリング２０を引張バー２２及びビスカスマウント１６に被せ、その取付プレート２０ａをボルト２４によってスイングフレーム８に固定する。そして、引張バー２２の上端をフロアプレート１０ｂにボルト２６によって取付ける。
【００３３】
したがって、緩衝手段Ｋ１は、運転室１０の矢印Ｘで示す引離す方向の変位が隙間Ｌを越えると作用して、隙間Ｌを越えた変位をスプリング２０が伸張することにより弾性的に吸収する。
【００３４】
運転室補強構造の第２の実施の形態について図４を参照して説明する。この形態においては、フロアプレート１０ｂとスイングフレーム８の間に全体を符号Ｋ２で示す緩衝手段が介在されている。緩衝手段Ｋ２は、ビスカスマウントとは別体に設置されており、前述の緩衝手段Ｋ１とはビスカスマウント以外実質的に同一に構成されている。したがって、重複する部分については同一の符号で示し必要な場合を除いてその説明を省略する。
【００３５】
緩衝手段Ｋ２は、スイングフレーム８に取付けられた引張弾性部材としての引張コイルスプリング２８と、フロアプレート１０ｂに取付けられて引離し方向Ｘにおいてスプリング２８と係合する引張部材である引張バー３０を備えている。
【００３６】
引張コイルスプリング２８は、前述の引張コイルスプリング２０の取付プレート２０ａを穴２０ｂを備えない円板状にしたものであり、引張バー３０は前述の引張バー２２の雄ねじ２２ｃを削除したものである。
【００３７】
運転室補強構造の第３の実施の形態について図５を参照して説明する。この形態においては、フロアプレート１０ｂとスイングフレーム８の間に全体を符号Ｋ３で示す緩衝手段が介在されている。緩衝手段Ｋ３は、上述の緩衝手段Ｋ２にさらに、引張コイルスプリング２８が引離し方向Ｘにおいてその弾性限界の寸法Ｈを越えて変位したときに当接する、引張コイルスプリング２８が取付けられているスイングフレーム８に設けられた干渉部材であるストッパフレーム３２を備えている。ストッパフレーム３２は、フロアプレート１０ｂとスプリング２８間に位置付けられ引張バー３０の丸棒バー３０ａが挿通される穴３２ａを有した平板部３２ｂを備え、寸法Ｈは平板部３２ｂとスプリング２８の上端との隙間によって形成されている。
【００３８】
このストッパフレーム３２は、スプリング２８の引張変形が過大に進んでスプリング２８が弾性限界を越えた場合、スプリング２８の係止プレート２８ａ及び引張バー３０のストッパ３０ｂを受け止めて運転室１０がスイングフレーム８から引き離され離脱するのを防止する。さらに、引張スプリング２８の作用によって吸収することができなかったエネルギーを吸収する。ストッパフレーム３２は、受け止めるエネルギーの大きさによって柔構造にあるいは剛構造に形成するとよい。
【００３９】
運転室補強構造の第４の実施の形態について図６を参照して説明する。この形態においては、フロアプレート１０ｂとスイングフレーム８の間に全体を符号Ｋ４で示す緩衝手段が介在されている。緩衝手段Ｋ４は、上述の緩衝手段Ｋ１、Ｋ２及びＫ３において、運転室１０がスイングフレーム８から引離すＸ方向に所定の大きさＬを越えて変位したときにその変位を吸収する［引張弾性部材］を用いているのに対し、変位を吸収する［圧縮弾性部材］を用いたものである。
【００４０】
すなわち、緩衝手段Ｋ４は、スイングフレーム８に取付けられた当接部材としてのストッパフレーム３４と、フロアプレート１０ｂに取付けられ引離し方向Ｘの変位が大きくなるにつれてストッパフレーム３２に接近する対向部であるベースプレート３６ａを有した引張部材としての引張バー３６と、ストッパフレーム３４とベースプレート３６ａの間に介在された圧縮弾性部材としての圧縮コイルスプリング３８を備えている。
【００４１】
スプリング３８は、矩形断面のばね鋼線材により形成されている。引張バー３６は鋼により形成され、丸棒状のバー３６ｂを有し、ベースプレート３６ａはその下端にバー３６ｂより大径に円板状に形成されている。ストッパフレーム３４は、フロアプレート１０ｂとスプリング３８の間に位置付けられ引張バー３６のバー３６ｂが挿通される穴３４ａを有した平板部３４ｂを備え、平板部３４ｂとスプリング３８との間に前述の隙間Ｌが形成されている。
【００４２】
緩衝手段Ｋ４は、運転室１０に矢印Ｘで示すスイングフレーム８から引離す方向（図６の上向方向）の力が作用し、引離し変位がビスカスマウント（図示していない）の作用範囲を越えて前述の所定の大きさＬになると作用し所定の大きさＬを越えた変位を弾性的に吸収する。
【００４３】
すなわち、ストッパフレーム３４の平板部３４ｂの下面とスプリング３８の上端は、通常の運転室１０の振動であるビスカスマウントの作用範囲では干渉しないで、機体転倒時など運転室１０に過大な変位が発生したときに初めて接触し、この状態になると緩衝手段Ｋ４が作用し隙間Ｌを越えた変位をスプリング３８が収縮して弾性的に吸収する。
【００４４】
運転室補強構造の第５の実施の形態について図７を参照して、全体を符号Ｋ５で示す緩衝手段について説明する。この緩衝手段Ｋ５は、上述の緩衝手段Ｋ４における圧縮弾性部材としてのスプリング３８に代えて円筒状の圧縮ブロック４０を備えたものである。そして、ブロック４０が潰れることで隙間Ｌを越えた変位を弾性的に吸収する。このブロック４０は、鉄、アルミなどの金属材料、又樹脂材料などを、例えば多孔質構造にして、その変形、潰れによってエネルギーを吸収するように形成されている。
【００４５】
なお、上述した緩衝手段Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４あるいはＫ５によって弾性的に吸収する変位であるエネルギーの大きさ、すなわち緩衝手段の剛性は、運転室１０の運転室本体１０ａの剛性と同等かそれ以下に設定する。運転室本体１０ａよりも剛性を高くすると、運転室１０に加わるエネルギーが緩衝手段によって吸収されず、全て運転室１０の変形、潰れによって受け止められてしまう。
【００４６】
上述したとおりの運転室補強構造の作用について説明する。
【００４７】
（１）エネルギーの吸収：
運転室保護構造として運転室とそれが取付けられた機体フレームの間に緩衝手段を設け、運転室に機体フレームから引離す方向の力が作用した場合に、そのエネルギーを吸収できるようにしたので、運転室が変形すると同時又はそれ以前に緩衝手段が変形し、その分運転室の変形を抑えることができる。
【００４８】
この緩衝手段は、運転室を支持する弾性支持部材、例えばビスカスマウントの保護を目的とするものではなく、弾性支持部材が作用範囲を越えて破壊した場合この破壊もエネルギーの吸収になる。さらに、緩衝手段の引張弾性部材あるいは圧縮弾性部材も弾性変形内での使用を前提としているわけではなく、これらの弾性限度を越えた破壊によってもエネルギーを吸収し、運転室の変形によるエネルギーの吸収を減少させる。
【００４９】
したがって、本発明に係る緩衝手段は、機体転倒時のエネルギーを全て吸収するものではなく、オペレータ空間確保に必要な運転室の剛性補強を最小限にできるようにするために運転室以外の部分でエネルギーの吸収を行うものである。
【００５０】
（２）コスト、設置スペース、視界：
運転室保護構造として運転室とそれが取付けられた機体フレームとの間に設けた緩衝手段は、構造が簡単であり、安価であり、設置スペースに制限されず、またオペレータの視界も妨害しない。
【００５１】
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、例えば下記のように、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。
【００５２】
（１）緩衝手段の個数：
本実施の形態においては、緩衝手段Ｋ１〜Ｋ５は、それぞれ運転室と機体フレームの間に１個設置されているが、この個数は１個に限定されるものではなく運転室に加わる力の大きさ、方向などに応じて複数個設置すればよい。
【００５３】
（２）弾性部材と引張部材の配置：
本実施の形態の緩衝手段Ｋ１〜Ｋ５においては、引張部材が運転室の側に、そして引張弾性部材あるいは圧縮弾性部材が機体フレームの側に設けられたが、これらの取付けは逆でもよい。すなわち、引張部材を機体フレームの側に、そして引張弾性部材あるいは圧縮弾性部材を運転室の側にしてもよい。
【００５４】
（３）弾性支持部材との関係：
本実施の形態の緩衝手段Ｋ１においては緩衝手段が弾性支持部材に連結されて取付けられ、緩衝手段Ｋ２〜５においては連結されていないが、緩衝手段Ｋ２〜５においては緩衝手段Ｋ１と同様に連結してもよい。
【００５５】
（４）引張弾性部材：
本実施の形態においては引張弾性部材として引張コイルスプリングが用いられているが、スプリングは例えば皿ばねのような他の形態のスプリングであってもよいし、引張弾性部材に引張弾性を有する合成ゴム、合成樹脂などを用いてもよい。
【００５６】
【発明の効果】
本発明に従って構成された運転室補強構造によれば、作業機械の転倒時などに運転室に加わる力によるエネルギーを、運転室の変形以外においても吸収できるようにし、運転室本体の変形を抑制し、オペレータの空間確保に必要な運転室の剛性追加を最小限にできるようにし、安価で、設置スペースに制限されない、またオペレータの視界を妨げない、運転室補強構造が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従って構成された運転室保護構造を備えた作業機械機械の典型例である油圧ショベルの斜視図。
【図２】図１の機体フレームと運転室の関係を、機体フレームの一部と運転室の骨組み構造との関係で示した拡大斜視図。
【図３】第１の実施の形態の要部を図２のＡ−Ａ矢印方向に見て示した拡大断面図。
【図４】第２の実施の形態の要部を図２のＢ−Ｂ矢印方向に見て示した拡大断面図。
【図５】第３の実施の形態の要部を図２のＢ−Ｂ矢印方向に見て示した拡大断面図。
【図６】第４の実施の形態の要部を図２のＢ−Ｂ矢印方向に見て示した拡大断面図。
【図７】第５の実施の形態の要部を図２のＢ−Ｂ矢印方向に見て示した拡大断面図。
【符号の説明】
２：油圧ショベル（作業機械）
８：スイングフレーム（機体フレーム）
１０：運転室
１６：ビスカスマウント（弾性支持部材）
２０：引張コイルスプリング（引張弾性部材）
２２：引張バー（引張部材）
３０：引張バー（引張部材）
３２：ストッパフレーム（干渉部材）
３４：ストッパフレーム（当接部材）
３８：圧縮コイルスプリング（圧縮弾性部材）
４０：圧縮ブロック（圧縮弾性部材）
Ｋ１：緩衝手段
Ｋ２：緩衝手段
Ｋ３：緩衝手段
Ｋ４：緩衝手段
Ｋ５：緩衝手段
Ｌ：所定の大きさの隙間
【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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