(57)【要約】      （修正有）【課題】フレーム構造の運転室を具備して成る作業車両を対象とし、運転室のＲＯＰＳ性能を大幅に向上させることの可能な作業車の提供。【解決手段】作業車両は、左前方ピラー１１、左後方ピラー１２、右前方ピラー２１、および右後方ピラー２２の内の１つのピラーを、上方から観て他の３つのピラーの上端を頂点とする直角四辺形の頂点のうち上記３つのピラーの上端が位置しない頂点に対して、上端を前方または後方にシフトさせた態様で設置するとともに、左フレーム１０および右フレーム２０の内、より短い前後ビームを有する一方のフレームのピラーであって、左右方向から観て他方のフレームのピラーと重複しないピラーの上端を、左右方向に延びる左右ビームを介して他方のフレームの前後ビームと連結したことを特徴としている。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
左前方ピラーの上部と左後方ピラーの上部とを前後ビームで連結した左フレームと、右前方ピラーの上部と右後方ピラーの上部とを前後ビームで連結した右フレームとを有し、上記左フレームの上部と上記右フレームの上部とを左右方向に延びる左右ビームで連結したフレーム構造の運転室を具備して成る作業車両であって、
上記左前方ピラー、左後方ピラー、右前方ピラー、および右後方ピラーの内の１つのピラーを、上方から観て他の３つのピラーの上端を頂点とする直角四辺形の頂点のうち上記３つのピラーの上端が位置しない頂点に対して、上端を前方または後方にシフトさせた態様で設置するとともに、
上記左フレームおよび上記右フレームの内、より短い前後ビームを有する一方のフレームのピラーであって、左右方向から観て他方のフレームのピラーと重複しないピラーの上端を、左右方向に延びる上記左右ビームを介して、上記他方のフレームの前後ビームと連結したことを特徴とする作業車両。
【請求項２】
上記左フレームおよび上記右フレームの内、より短い前後ビームを有する一方のフレームにおける前後の各ピラーの上端と、より長い前後ビームを有する他方のフレームにおける前後ビームとを、該前後ビームに対して直角に延びる前方左右ビームおよび後方左右ビームを介して、互いに連結したことを特徴とする請求項１記載の作業車両。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、運転室を備えた作業車両に関するものであり、詳しくは上記運転室のフレーム構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、建設機械や農業機械等の作業車両においては、オペレータ（運転者）を搭乗させるための運転室を備えたものがあり、上記運転室は、通常、異形鋼管等のパイプ材から組み立てられたフレームに、外装パネルを取り付けることによって構成されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図９は、作業車両の一例としての従来の油圧ショベルを示しており、この油圧ショベルＡは、クローラ形式の走行機構を有する下部走行体Ｂと、該下部走行体Ｂに搭載支持された上部旋回体Ｃとを備え、この上部旋回体ＣにはブームＤａ、アームＤｂ、バケットＤｃを有する作業機Ｄと、走行・作業機兼用の運転室Ｅとが設置されている。
【０００４】
図１０〜図１２に示す如く、上記運転室Ｅは、左前方ピラーＬａの上部と左後方ピラーＬｂの上部とを左前後ビームＬｃで連結した左フレームＬと、右前方ピラーＲａの上部と右後方ピラーＲｂの上部とを前後ビームＲｃで連結した右フレームＲとを、それぞれベースの左右に固設するとともに、上記左フレームＬの上部と右フレームＲの上部とを、左右方向に延びる前方左右ビームＨと後方左右ビームＩとで連結することによって構成されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−１９８４６８号公報
【発明が解決しようとする課題】
ところで、昨今の建設車両における運転室には、転倒した際に運転員を保護し得る構造が採用されつつあり、ＪＩＳ（日本工業規格）等に準拠した試験によるＲＯＰＳ（  Ｒｏｌｌ  Ｏｖｅｒ  Ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ：転倒時保護構造  ）性能が重要視されている。
【０００６】
ここで、上述した従来の油圧ショベルＡにおける運転室Ｅは、左フレームＬと右フレームＲとが左右対称の同一形状を呈しており、前方左右ビームＨが左前方ピラーＬａおよび右前方ピラーＲａの上部同士を連結しているとともに、後方左右ビームＩが左後方ピラーＬｂおよび右後方ピラーＲｂの上部同士を連結している。
【０００７】
このため、例えば運転室Ｅにおける左フレームＬの後方上部に、図１２中の矢印Ｆで示す如く横方向から大きな外力が加わった場合、その外力は後方左右ビームＩを介して右フレームＲの後方上部に伝達されることとなる。
【０００８】
すなわち、左フレームＬの後方上部に加わった外力は、右フレームＲを構成する右後方ピラーＲｂの上端に集中して作用することとなり、該右後方ピラーＲｂが大きく変形することによって、運転室Ｅのフレーム構造全体が歪んでしまうため、運転室ＥのＲＯＰＳ性能が必ずしも十分とは言えなかった。
【０００９】
本発明は上記実状に鑑みて、運転室のＲＯＰＳ性能を大幅に向上させることの可能な作業車両の提供を目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段および効果】
上記目的を達成するべく、請求項１に関わる作業車両は、左前方ピラーの上部と左後方ピラーの上部とを前後ビームで連結した左フレームと、右前方ピラーの上部と右後方ピラーの上部とを前後ビームで連結した右フレームとを有し、左フレームの上部と右フレームの上部とを左右方向に延びる左右ビームで連結したフレーム構造の運転室を具備して成る作業車両を対象とし、左前方ピラー、左後方ピラー、右前方ピラー、および右後方ピラーの内の１つのピラーを、上方から観て他の３つのピラーの上端を頂点とする直角四辺形の頂点のうち上記３つのピラーの上端が位置しない頂点に対して、上端を前方または後方にシフトさせた態様で設置するとともに、左フレームおよび右フレームの内、より短い前後ビームを有する一方のフレームのピラーであって、左右方向から観て他方のフレームのピラーと重複しないピラーの上端を、左右方向に延びる左右ビームを介して他方のフレームの前後ビームと連結したことを特徴としている。
【００１１】
上記構成によれば、左右ビームを介して他方のフレームの前後ビームと連結されたピラーの上端に、作業車両が横転する等の要因によって横方向からの外力が加わった場合、上記外力は上記左右ビームを介して他方のフレームの前後ビームに作用することとなる。
【００１２】
ここで、上記前後ビームは前方ピラーと後方ピラーとに接続されているため、上記前後ビームに作用した外力は、該前後ビームと前方ピラーおよび後方ピラーとに分散し、もって上記前後ビームと前方ピラーと後方ピラーとの多数の要素により受け止められることとなる。
【００１３】
この結果、左右ビームを介して他方のフレームの前後ビームと連結されたピラーの上端に横方向からの外力が作用した場合でも、運転室におけるフレーム構造の変形が可及的に抑えられることとなり、もって本発明に関わる作業車両によれば運転室のＲＯＰＳ性能を大幅に向上させることが可能となる。
【００１４】
また、請求項２の発明に関わる作業車両は、請求項１の発明に関わる作業車両において、左フレームおよび右フレームの内、より短い前後ビームを有する一方のフレームにおける前後の各ピラーの上端と、より長い前後ビームを有する他方のフレームにおける前後ビームとを、該前後ビームに対して直角に延びる前方左右ビームおよび後方左右ビームを介して連結したことを特徴としている。
【００１５】
上記構成によれば、左フレームと右フレームとを、前方左右ビームおよび後方左右ビームを介して連結したことで、運転室におけるフレーム構造の強度が更に向上することとなり、もって本発明に関わる作業車両によれば、運転室におけるＲＯＰＳ性能を大幅に向上させることが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、実施例を示す図面に基づいて、本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明を作業車両の一態様である建設車両、具体的には油圧ショベルに適用した一実施例を示しており、この油圧ショベル（作業車両）１は、クローラ形式の走行機構を有する下部走行体２と、該下部走行体２に搭載支持された上部旋回体３とを具備している。
【００１７】
上記上部旋回体３には、ブームやバケット等を備えた作業機４が設置されているとともに、走行・作業機兼用の運転室５が設けられている。
【００１８】
図２、図３および図４に示す如く、上記運転室５は異形鋼管等の各種パイプ材を籠状に組付けてフレーム構造とした所謂パイプキャブであって、底部を構成するベース５Ａと、該ベース５Ａの左右に固定された左フレーム１０および右フレーム２０と、これら左フレーム１０および右フレーム２０の上部を連結する前方左右ビーム３１および後方左右ビーム３２とを有している。
【００１９】
上記左フレーム１０は、ベース５Ａの左前方隅部に立設された左前方ピラー１１と、ベース５Ａの左後方隅部に立設された左後方ピラー１２とを有し、さらに左前方ピラー１１の上部と左後方ピラー１２の上部とを互いに連結する左前後ビーム１３を有している。
【００２０】
なお、左前方ピラー１１と左前後ビーム１３とは一本のパイプ材から形成されており、左前方ピラー１１の上端から後方に向けてパイプ材を曲げ加工することにより左前後ビーム１３が構成されている。
【００２１】
上記右フレーム２０は、ベース５Ａの右前方隅部に立設された右前方ピラー２１と、ベース５Ａの右後方隅部に立設された右後方ピラー２２とを有し、さらに右前方ピラー２１の上部と右後方ピラー２２の上部とを互いに連結する右前後ビーム２３を有している。
【００２２】
なお、右前方ピラー２１と右前後ビーム２３とは一本のパイプ材から形成されており、左前方ピラー１１の上端から後方に向けてパイプ材を曲げ加工することにより右前後ビーム２３が構成されている。
【００２３】
ここで、図５および図６に示す如く、左前方ピラー１１、左後方ピラー１２、右前方ピラー２１、および右後方ピラー２２の内の１つのピラー、つまり実施例において示した右フレーム２０の右後方ピラー２２は、上方から観て右前方ピラー２１、左前方ピラー１１、左後方ピラー１２の上端を頂点ｈ、ｉ、ｊとする直角四辺形Ｑにおける、上記右前方ピラー２１、左前方ピラー１１、左後方ピラー１２の上端が位置しない頂点ｋに対して、その上端を後方（図中における右方）にシフトさせた態様で設置されている。
【００２４】
すなわち、左フレーム１０と右フレーム２０とは、左右対称の同一形状を呈するものではなく、左後方ピラー１２に対して右後方ピラー２２がより後方に位置しており、これによって左フレーム１０における左前後ビーム１３が、右フレーム２０における右前後ビーム２３よりも短く形成されている。
【００２５】
また、左フレーム１０と右フレーム２０との内、より短い前後ビームを有する一方のフレームのピラーであって、左右方向から観て他方のフレームのピラーと重複しないピラーの上端、つまり実施例において示した左フレーム１０における左後方ピラー１２の上端は、後方左右ビーム３２を介して右フレーム２０における右前後ビーム２３と連結されている。
【００２６】
さらに、左フレーム１０における左前方ピラー１１の上端は、前方左右ビーム３１を介して右フレーム２０における右前後ビーム２３と連結されている。
【００２７】
すなわち、左フレーム１０と右フレーム２０との内、より短い前後ビームを有する一方のフレームにおける前後の各ピラーの上端と、より長い前後ビームを有する他方のフレームにおける前後ビームとは、前方左右ビーム３１および後方左右ビーム３２を介して互いに連結されている。
【００２８】
さらに、上記前方左右ビーム３１と後方左右ビーム３２とは、左フレーム１０の左前後ビーム１３と、右フレーム２０の右前後ビーム２３に対して、それぞれ直角を為す態様で架設されている。
【００２９】
上述した構成の運転室５における左フレーム１０の後方上部に、図６中の矢印Ｆで示す如く横方向から大きな外力が加わった場合、上記外力は後方左右ビーム３２を介して右フレーム２０の右前後ビーム２３に伝達される。
【００３０】
ここで、右フレーム２０の右前後ビーム２３は、右前方ピラー２１と右後方ピラー２２とに接続されているため、上記右前後ビーム２３に作用した外力は、該右前後ビーム２３と右前方ピラー２１および右後方ピラー２２とに分散し、もって右前方ピラー２１、右後方ピラー２２、および右前後ビーム２３等の多数の要素によって受け止められる。
【００３１】
この結果、運転室５におけるフレーム構造の変形が可及的に抑えられることとなり、もって上述した実施例の油圧ショベル（作業車両）１によれば、運転室５のＲＯＰＳ性能を大幅に向上させることが可能となる。
【００３２】
また、上述した構成の運転室５においては、左フレーム１０と右フレーム２０とを、前方左右ビーム３１および後方左右ビーム３２を介して互いに連結したことで、運転室５におけるフレーム構造の強度が増大することとなり、もって実施例の油圧ショベル（作業車両）１によれば、運転室５のＲＯＰＳ性能を大幅に向上させることができる。
【００３３】
図７および図８は、実施例に示した本発明の油圧ショベル１における運転室５と、図９〜図１２に示した従来の油圧ショベルＡにおける運転室ＥとのＦＥＭ（  Ｆｉｎｉｔｅ  Ｅｌｅｍｅｎｔ  Ｍｅｔｈｏｄ：有限要素法）解析結果を比較したものであり、図７は荷重−変位グラフの比較結果であり、図８はＦＥＭ解析モデルの比較結果である。
因みに、図８に示したＦＥＭ解析モデルにおいて、フレームの変形態様がデフォルメして変位量を拡大して表現されていることは周知のとおりである。
【００３４】
本発明の運転室５における左フレーム１０の後方上部に、図８（ａ）中の矢印Ｆで示す如く横方向から４０ｋＮ（キロニュートン）の荷重を加えた場合、図７中の曲線ａから明らかなように、運転室５の変位（図８中の変形量ｄ）は、約１４０ｍｍ程度に抑えられる。
【００３５】
一方、従来の運転室Ｅにおける左フレームＬの後方上部に、図８（ｂ）中の矢印Ｆで示す如く横方向から４０ｋＮ（キロニュートン）の荷重を加えた場合、図７中の曲線ｂから明らかなように、運転室Ｅの変位（図８中の変形量ｄ′）は約２００ｍｍにも達することとなる。
【００３６】
このように、本発明の油圧ショベル１における運転室５は、従来の油圧ショベルＡにおける運転室Ｅに比べて、外力が作用した状況におけるフレーム構造の変形が可及的に抑えられ、もって実施例における油圧ショベル（作業車両）１によれば、運転室５のＲＯＰＳ性能が大幅に向上することとなる。
【００３７】
また、上述した構成の運転室５においては、右フレーム２０における右後方ピラー２２を、左フレーム１０における左後方ピラー１２よりも後方に位置させているので、運転室５からの後方視界が大幅に拡大することとなり、オペレータによる後方確認をより確実に行うことが可能となる。
【００３８】
なお、上述した実施例における運転室５では、右フレーム２０における右後方ピラー２２を、左フレーム１０における左後方ピラー１２よりも後方に位置させ、左後方ピラー１２の上端と右前後ビーム２３とを後方左右ビーム３２によって連結しているが、これに換えて左フレーム１０における左後方ピラー１２を、右フレーム２０における右後方ピラー２２よりも後方に位置させ、右後方ピラー２２の上端と左前後ビーム１３とを後方左右ビーム３２によって連結することも可能である。
【００３９】
また、前後方向にシフトさせて配置するのは、左右の各フレームにおける後方ピラーに限定されるものではなく、左右の各フレームにおける前方ピラーを、前後方向にシフトさせて配置することも可能である。
【００４０】
すなわち、左フレーム１０における左前方ピラー１１を、右フレーム２０における右前方ピラー２１よりも前方に位置させ、右前方ピラー２１の上端と左前後ビーム１３とを前方左右ビーム３１によって連結する、あるいは右フレーム２０における右前方ピラー２１を、左フレーム１０における左前方ピラー１１よりも前方に位置させ、左前方ピラー１１の上端と右前後ビーム２３とを前方左右ビーム３１によって連結することも可能であり、これらの構成においても図１〜図８に示した実施例と同様の作用効果を奏することは勿論である。
【００４１】
また、上述した実施例においては、本発明を建設車両の一態様である油圧ショベルに適用した例を示したが、上記油圧ショベル以外の様々な建設車両、さらにはコンバイン等の様々な農業車両等、フレーム構造の運転室を備えた種々の作業車両に対して、本発明を有効に適用し得ることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に関わる作業車両の一実施例である油圧ショベルを示す外観斜視図。
【図２】図１に示した油圧ショベルにおける運転室のフレーム構造を斜め上方から観た外観斜視図。
【図３】図１に示した油圧ショベルにおける運転室のフレーム構造を斜め下方から観た外観斜視図。
【図４】図１に示した油圧ショベルにおける運転室のフレーム構造を概念的に示す三面図。
【図５】図４中の  Ｖ−Ｖ  線断面図。
【図６】図１に示した油圧ショベルにおける運転室のフレーム構造を上方から観た概念図。
【図７】図１に示した油圧ショベルの運転室と従来の運転室とのＦＥＭ解析結果を比較して示す荷重−変位グラフ。
【図８】（ａ）は図１に示した油圧ショベルにおける運転室のＦＥＭ解析モデル、（ｂ）は従来の油圧ショベルにおける運転室のＦＥＭ解析モデル。
【図９】従来の作業車両の一例である油圧ショベルを示す外観側面図。
【図１０】図９に示した従来の油圧ショベルにおける運転室のフレーム構造を概念的に示す三面図。
【図１１】図１０中の  ＸＩ−ＸＩ  線断面図。
【図１２】図９に示した従来の油圧ショベルにおける運転室のフレーム構造を上方から観た概念図。
【符号の説明】
１…油圧ショベル（作業車両）、
５…運転室、
１０…左フレーム、
１１…左前方ピラー、
１２…左後方ピラー、
１３…左前後ビーム、
２０…右フレーム、
２１…右前方ピラー、
２２…右後方ピラー、
２３…右前後ビーム、
３１…前方左右ビーム、
３２…後方左右ビーム。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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