(57)【要約】【課題】前後に延びるサブフレームの前後位置に応じた曲げ強度を考慮した断面係数を有して軽いサブフレームを提供する。【解決手段】作業用車両は前後に延びる一対のシャシフレームを有したトラック車両をベースに構成され、一対のシャシフレーム上に前後に延びる中空状のサブフレーム２０が取り付けられる。サブフレーム２０の内部には前後に延びるストリンガ３０、３１，３２が取り付けられ、ストリンガ３０、３１，３２はサブフレーム２０の前後位置に応じた必要曲げ強度を考慮して、サブフレーム２０の前後位置に応じたサブフレーム２０の断面係数が所望の断面係数になるように、サブフレーム２０に取り付けられる。即ち、曲げ強度が大きい所ではストリンガ３０、３１，３２の取り付け本数を多くし、曲げ強度が小さい所ではストリンガ３０、３１の取り付け本数を少なくする。【選択図】　図３
2004090861.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
前後に延びるシャシフレームを有した車体と、
前記車体の前記シャシフレーム上に取り付けられ、前後に延びる中空状のサブフレームと、
前記サブフレーム内に前後に延びた状態で取り付けられる棒状の補強部材とを有して構成され、
前記補強部材は、前記サブフレームを構成する上板部、側板部及び下板部の板厚を前端から後端まで各々の板で一定にしたままで前記サブフレームの前端からの距離に応じて複数に区切られる各部位毎の必要強度を確保するために、前記補強部材の数、前記サブフレーム内の取り付け位置及び形状を前記各部位に応じて変更することを特徴とする作業用車両。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は作業用車両に関し、更に詳細には、車体に設けられたシャシフレーム上に取り付けられる中空状のサブフレームを有した作業用車両に関する。
【０００２】
【従来の技術】
このような作業用車両は、車体の前後に回転自在に配設された車輪を有して走行可能なトラック車両をベースに構成されているのが一般的である。このトラック車両には左右方向に所定の間隔おいて前後に延びる一対のシャシフレームが設けられ、この一対のシャシフレーム上には上下に所定の間隔を有して対向配置された上板部及び下板部とこれらの端部を繋ぐ側板部とを有して前後に延びる中空状のサブフレームが取り付けられ、サブフレームの前後の左右両端部には上下方向に延びて車両を支持するジャッキが取り付けられているものがある。このような作業用車両はサブフレームの上部に作業装置が取り付けられて構成されるのが一般的であり、作業装置により作業が行なわれるときには、ジャッキが張り出されて車両は安定支持された状態になる。
【０００３】
ここで、ジャッキが張り出された状態になると、上方へ向くジャッキからの接地反力がサブフレームの先端部及び後端部に作用してサブフレームに曲げモーメントが作用し、その結果としてサブフレームが上方へ撓んで曲げ応力が生じる。特に、大きな曲げモーメントが作用する部分では曲げ応力の大きさが大きくなってサブフレームが損傷する虞が生じる。そこで、サブフレームの剛性を高めるためにサブフレームを構成する上板部、下板部及び側板部のそれぞれの板厚を厚くし且つ均一にし、更に断面形状を同一形状にしたサブフレームが提案されている。なお、このように構成されたサブフレームの断面係数はサブフレームの前後位置に拘わらず一定である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、サブフレームの後端部側がシャシフレームに固着され、サブフレームの先端部側が片持ち支持された状態にあると想定した場合、サブフレームの板厚を厚くし、且つサブフレームの断面係数をサブフレームの前後位置に拘わらず一定にし、さらにジャッキからの接地反力がサブフレームの先端部に作用したとすれば、サブフレームに曲げモーメントが作用することになる。この場合、サブフレームに作用する曲げモーメントは接地反力が作用している位置から車両後方側へ離れる距離の大きさに比例して増大するので、サブフレームに作用する曲げモーメントの大きさが小さいところ（サブフレームの先端部側）では、曲げ強度を大きくする必要がないにも拘わらず断面係数は過剰に大きくなっている。その結果、サブフレーム全体の重さが重くなるという問題が生じる。
【０００５】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、前後に延びるサブフレームの前後位置に応じた曲げ強度を考慮した断面係数を有して軽量なサブフレームを搭載した作業用車両を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために本発明の作業用車両は、前後に延びるシャシフレームを有した車体（例えば、実施形態におけるトラック車両２）と、車体のシャシフレーム上に取り付けられ、前後に延びる中空状のサブフレームと、サブフレーム内に前後に延びた状態で取り付けられる棒状の補強部材（例えば、実施形態におけるストリンガ３０、３１、３２）とを有して構成され、補強部材は、サブフレームを構成する上板部、側板部及び下板部の板厚を前端から後端まで各々の板で一定にしたままでサブフレームの前端からの距離に応じて複数に区切られる各部位（例えば、実施形態におけるＡ部２０ａ、Ｂ部２０ｂ、Ｃ部２０ｃ）毎の必要強度を確保するために、補強部材の数、サブフレーム内の取り付け位置及び形状を各部位に応じて変更するように構成される。
【０００７】
上記構成の作業用車両によれば、サブフレームを構成する上板部、側板部及び下板部の各板厚を一定にしたままで、前端からの距離に応じて複数に区切られる各部位毎の必要強度を確保するために、補強部材を補強部材の数、サブフレーム内の取り付け位置及び形状を各部位に応じて変更することで、サブフレームの板厚を薄くしてもサブフレームの各部位を必要強度にすることができる。その結果、必要強度が大きい部位を満足させる板厚でサブフレーム全体が構成されている場合と比較して、本発明に係わる作業用車両のサブフレームの重量を軽くすることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態を図１から図５に基づいて説明する。本発明に係わる高所作業車１は、図１に示すように、走行可能なトラック車両２をベースに構成されている。トラック車両２は左右方向に所定の間隔を有して前後に延びる一対のシャシフレーム３を備え、シャシフレーム３の前側の左右両側部に一対の前輪５が回転自在に配設され、車体後側の左右両側部に一対の後輪７が回転駆動可能に配設されて道路走行可能であり、前部には運転キャビン９が設けられている。
【０００９】
運転キャビン９よりも車両後方側へ突出する一対のシャシフレーム３上には前後に延びるサブフレーム２０が取り付けられている。サブフレーム２０は、図３（ａ）に示すように、内部が中空で断面形状が矩形状に形成され、上下に所定の間隔を有して対向配置されて前後方向に略水平に延びる上板部２１及び下板部２３とこれらの左右両端部を上下に繋ぐ一対の側板部２５とを有して構成されている。サブフレーム２０の詳細については後述する。
【００１０】
サブフレーム２０の前後の左右両端部には、図２（ａ）に示すように、上下及び車両左右方向に張出動自在に構成された前ジャッキ１１、１２及び後ジャッキ１３、１４が配設されている。後ジャッキ１３、１４よりも車両前側の上板部２１の中央部には円形状の孔部２７が形成されている。この孔部２７には、図１に示す旋回台１７が水平旋回動自在に取り付けられている。旋回台１７の上部には、図１に示すように、基部を枢結したブーム５０が上下に揺動自在に取り付けられている。ブーム５０は基端ブーム５０ａ、中間ブーム５０ｂ及び先端ブーム５０ｃを入れ子式に組み合わせて内蔵された伸縮シリンダ５３により伸縮動可能に構成されている。ブーム５０は起伏シリンダ５７により起伏動される。
【００１１】
ブーム５０の先端部には垂直ポスト６１が上下に揺動自在に取り付けられ、垂直ポスト６１はこれとブーム５０の先端部間に配設された図示しないレベリング装置によりブーム５０の起伏角度に拘わりなく垂直に保持されている。垂直ポスト６１には水平アーム６３が水平旋回動可能に取り付けられ、水平アーム６３の先端部に作業台６５が取り付けられている。
【００１２】
次に、このように構成された高所作業車１のシャシフレーム３上に取り付けられる本発明の一部を構成するサブフレーム２０について詳述する。サブフレーム２０は金属材料製であり、図２（ａ）に示すように、左側（図２の左側）を先端側とした場合、先端位置から車両後方側に距離ｘ１を有して延びる先端フレーム部（以下、「Ａ部２０ａ」と記す。）と、Ａ部２０ａの後端部に繋がって先端位置から車両後方側に距離ｘ２を有した位置まで延びる第１中間フレーム部（以下、「Ｂ部２０ｂ」と記す。）と、Ｂ部２０ｂの後端部に繋がって先端位置から車両後方側に距離ｘ３を有した位置まで延びる第２中間フレーム部（以下、「Ｃ部２０ｃ」と記す。）と、Ｃ部２０ｃの後端部に繋がって車両後端部に延びる後端フレーム部（以下、「Ｄ部２０ｄ」と記す。）とを有して構成されている。
【００１３】
Ａ部２０ａは、図３（ａ）に示すように、上板部２１、下板部２３及び一対の側板部２５により構成されて、断面が矩形状に形成されている。上板部２１、下板部２３及び一対の側板部２５の板厚は、略同一の厚さｔ（例えば、ｔ＝４．５ｍｍ）である。Ｂ部２０ｂは、図３（ｂ）に示すように、上板部２１、下板部２３及び一対の側板部２５により構成されるＡ部２０ａの基本構造に複数のストリンガ３０，３２が取り付けられて構成されている。ストリンガ３０は縦断面形状がＬ字状に形成された棒状部材であり、このストリンガ３０…がＢ部２０ｂの上板部２１の下面及び下板部２３の上面に左右方向に所定の間隔を有して２列に並べられてＢ部２０ｂの延伸方向と同一方向に延びた状態で取り付けられている。また、ストリンガ３２は矩形状に形成された棒状部材であり、Ｂ部２０ｂの上板部２１と側板部２５とが繋がる角部内側にＢ部２０ｂの延伸方向と同一方向に延びた状態で取り付けられている。
【００１４】
Ｃ部２０ｃは、図３（ｃ）に示すように、図３（ｂ）に示すＢ部２０ｂを基本構造とし、一対の側板部２５のそれぞれの内面にストリンガ３１をサブフレーム２０の延伸方向と同一方向に延びた状態で取り付けて構成されている。即ち、ストリンガ３０はＢ部２０ｂ及びＣ部２０ｃを挿通し、さらに図２（ａ）に示すＤ部を挿通した状態でＢ部２０ｂ、Ｃ部２０ｃ及びＤ部に取り付けられている。また、ストリンガ３１はＣ部２０ｃを挿通し、さらに図２（ａ）に示すＤ部を挿通した状態でＣ部２０ｃ及びＤ部に取り付けられている。また、ストリンガ３２はＣ部２０ｃを挿通し、さらに図２（ａ）に示すＤ部を挿通した状態でＣ部２０ｃ及びＤ部に取り付けられている。なお、ストリンガ３０、ストリンガ３１及びストリンガ３２は連続した１本の棒状部材である。
【００１５】
ここで、ストリンガ３０、３１、３２とサブフレーム２０を構成するＡ部２０ａ、Ｂ部２０ｂ及びＣ部２０ｃの断面係数との関係について説明する。先ず、ストリンガ３０，３１が取り付けられるサブフレーム２０について説明する。図５（ａ）に示すように、サブフレーム２０は、これを構成するＡ部２０ａ、Ｂ部２０ｂ及びＣ部２０ｃからなる部分（以下、「突出部２２」と記す。）がＤ部２０ｄを固定端として片持ち支持された状態にあると想定した場合、この状態で突出部２２の先端部に図２（ｂ）に示すジャッキ１１、１２からの接地反力Ｆが作用したときに、突出部２２に作用する曲げ応力について考慮する。なお、Ｄ部２０ｄを固定端とすることについては後述する。
【００１６】
突出部２２の先端部に上方へ向く接地反力Ｆが作用すると、突出部２２の先端位置を原点として突出部２２の基部側へ向く座標軸をｘ軸とした場合、突出部２２のｘ軸方向の任意の位置における曲げモーメントＭは、Ｍ＝Ｆｘで表わされる。即ち、図５（ｂ）に示すように、曲げモーメントＭは突出部２２の先端からの距離ｘに比例して大きくなる。
【００１７】
ここで、突出部２２に作用する曲げ応力σは、σ＝Ｍ／Ｚで表され、Ｚは断面係数である。即ち、曲げ応力σは曲げモーメントＭに比例し、断面係数Ｚに反比例することになる。その結果、サブフレーム２０は、大きな曲げモーメントが作用する部分（即ち、突出部２２のＣ部２０ｃ）の断面係数を大きくすれば、Ｃ部２０ｃに作用する曲げ応力σを小さくすることができ、また作用する曲げモーメントが小さい部分（即ち、突出部２２のＡ部２０ａ、Ｂ部２０ｂ）では断面係数を小さくしても曲げ応力σが過剰に大きくなることはない。その結果、突出部２２のＡ部２０ａ、Ｂ部２０ｂ及びＣ部２０ｃのそれぞれに作用する曲げモーメントの値から突出部２２の各部に必要な必要曲げ強度（具体的には、許容応力）を設定すれば、前述した曲げ応力σの式（σ＝Ｍ／Ｚ）から断面係数Ｚを決定することができる。
【００１８】
このようにして決定された断面係数が図４に示されている。ここで、図４の横軸は図５（ａ）に示すサブフレーム２０の先端位置からの距離ｘを表し、縦軸は断面係数Ｚを表している。図４に示すように、Ａ部２０ａの断面係数はＺ１であり、Ｂ部２０ｂのそれはＺ１よりも大きなＺ２であり、さらにＣ部２０ｃのそれはＺ２よりも大きなＺ３である。なお、図２（ａ）に示すＤ部２０ｄは図３（ｃ）に示すＣ部２０ｃの構造と同様の構造を有するが、上板部２１、下板部２３及び一対の側板部２５の板厚が前述したＡ部２０ａのそれらよりも厚くなっている（例えば、ｔ＝６ｍｍ）。このため、Ｄ部２０ｄの断面係数はＺ３よりもかなり大きな値になっている。その結果、図２（ａ）に示す接地反力Ｆが突出部２２の先端部に作用しても、Ｄ部２０ｄの撓み量は極めて小さい。このため、図５（ａ）で示すように、サブフレーム２０は、Ｄ部２０ｄを固定端として突出部２２が片持ち支持された状態にあると考えることができる。
【００１９】
各部２０ａ、２０ｂ、２０ｃの断面係数が決定されると、決定された断面係数になるように各部の断面構造を決定する。即ち、Ａ部２０ａは、図３（ａ）に示すように、矩形状断面のままで上板部２１、下板部２３及び一対の側板部２５のそれぞれの板厚を薄くして断面係数をＺ１にしている。また、Ｂ部２０ｂでは、図３（ｂ）に示すように、Ａ部２０ａの基本構造にストリンガ３０、３２を追加して断面係数をＺ２にしている。更に、Ｃ部２０ｃは、図３（ｃ）に示すように、Ｂ部２０ｂの基本構造にストリンガ３１をさらに追加して断面係数をＺ３にしている。
【００２０】
このように、サブフレーム２０は、図３に示すように、サブフレーム２０を構成する上板部２１、下板部２３及び側板部２５の板厚が薄いままで、大きな曲げモーメントが作用するＣ部２０ｃ（図２（ａ）に示すＣ部２０ｃとＤ部２０ｄの境界部分Ｅも含む）の断面係数が大きくなるように構成されているので、強度が必要な部分の曲げ強度（曲げ剛性）を高くすることができる。また、サブフレーム２０は、作用する曲げモーメントが小さい部分（即ち、突出部２２のＡ部２０ａ、Ｂ部２０ｂ）では前述したように断面係数が小さくなるように構成されている。このため、Ａ部２０ａ及びＢ部２０ｂに生じる曲げ応力σが過剰に小さくなる（即ち、強度が過剰になる）のを防止している。即ち、本発明に係わるサブフレーム２０は、曲げ強度が必要なところ（図５（ａ）の場合ではＣ部２０ｃ）では断面係数を大きくし、曲げ強度を小さくしてもよいところ（図５（ａ）の場合ではＡ部２０ａ、Ｂ部２０ｂ）では断面係数を小さくしている。
【００２１】
このため、図４（ａ）に示すように、図５（ａ）に示す突出部２２の全体が大きな断面係数Ｚ３で形成されている従来技術と比較して、本発明に係わるサブフレーム２０はその重量を軽くすることができる。
【００２２】
なお、ストリンガ３０、３１の断面形状はＬ字状に限るものではなく、矩形状、丸形状、Ｈ形状等でもよい。また図３（ｂ）及び図３（ｃ）に示すストリンガ３０、３１の設置場所はこれらに限るものではなく、図４に示すＡ部２０ａの断面係数がＺ１になり、Ｂ部２０ｂの断面係数がＺ２になれば、ストリンガ３０、３１はサブフレーム２０の外側に配設してもよいし、斜め方向に配設してもよい。また、ストリンガ３２の断面形状は矩形状に限るものではなく、丸形状、Ｌ形状、Ｈ形状等でもよい。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明における作業用車両によれば、サブフレームを構成する上板部、側板部及び下板部の各板厚を一定にしたままで、前端からの距離に応じて複数に区切られる各部位毎の必要強度を確保するために、補強部材を補強部材の数、サブフレーム内の取り付け位置及び形状を各部位に応じて変更することで、サブフレームの板厚を薄くしてもサブフレームの各部位を必要強度にすることができる。その結果、必要強度が大きい部位を満足させる板厚でサブフレーム全体が構成されている場合と比較して、本発明に係わる作業用車両のサブフレームの重量を軽くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態における高所作業車の左側面図を示す。
【図２】本発明の一実施の形態におけるシャシフレームに搭載されたサブフレームを示し、同図（ａ）はサブフレームの平面図であり、同図（ｂ）はサブフレームの側面図である。
【図３】本発明の一実施の形態におけるサブフレームの断面図を示し、同図（ａ）は図２（ａ）のＩＩａ−ＩＩａ矢視に相当する部分のサブフレームの断面図であり、同図（ｂ）は図２（ａ）のＩＩｂ−ＩＩｂ矢視に相当する部分のサブフレームの断面図であり、同図（ｃ）は図２（ａ）のＩＩｃ−ＩＩｃ矢視に相当する部分のサブフレームの断面図である。
【図４】本発明の一実施の形態におけるサブフレームの前後位置に応じた断面係数を示すグラフである。
【図５】本発明の一実施の形態におけるサブフレームに作用する曲げモーメントを示し、同図（ａ）はサブフレームが片持ち支持された状態にあると想定したときのサブフレームの側面模式図を示し、同図（ｂ）は曲げモーメントの特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１　高所作業車（作業用車両）
２　トラック車両（車体）
３　シャシフレーム
２０　サブフレーム
２０ａ　Ａ部（部位）
２０ｂ　Ｂ部（部位）
２０ｃ　Ｃ部（部位）
２１　上板部
２３　下板部
２５　側板部
３０、３１、３２　ストリンガ（補強部材）
【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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