(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に空間を有する異形断面の左右後柱部材を含む建設機械のキャブであって、
右後柱部材に設けられているとともに、長手方向が前記右後柱部材の長手方向に沿って形成され、前記右後柱部材の左右方向において前記右後柱部材を貫通するように形成された第１孔部と、
前記第１孔部に挿入された状態で固定され、前記柱部材の断面における略中心部を通過するように、前記第１孔部に挿入される第１板材と、
前記柱部材の長手方向における略中央部付近に形成された第２孔部と、
前記第２孔部に挿入された状態で固定された第２板材と、
を含む前記右後柱部材を備え、
前記第１孔部は、前記第２孔部に対して、幅方向においてずらして配置されているとともに、前記柱部材の長手方向において一部が重複するように形成されている、
建設機械のキャブ。
【請求項２】
前記第２孔部は、前記柱部材の長手方向に沿って並列に２つ形成されており、
前記第１孔部は、前記２つの第２孔部の間に形成されている、
請求項１に記載の建設機械のキャブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、油圧ショベル等の建設機械に搭載されるキャブを構成する柱部材の補強構造を備えた建設機械のキャブに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、建設機械に搭載されるキャブの柱部材として、内部が空洞のパイプ材を用いて構成されたキャブ構造が採用されている。
このような建設機械に搭載されたキャブ構造では、柱部材として用いられるパイプにも所定値以上の強度が要求される。しかしながら、強度を向上させるためにパイプの肉厚を上げたのでは、材料費や加工費等が増大してコストアップの要因となる。このため、強度面とコスト面との問題をともに解決可能なパイプの補強構造が求められている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、板金部材を貼り合わせて構成されるピラー（柱部材）の強度を補うために、ピラーの内部に上端から下端まで板材を挿入した構成が開示されている。
また、特許文献２には、外管パイプの内部に内管を挿入して外管の外周長を減少させる縮径工程を行うことにより二重管を形成してパイプを補強する二重管の製造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２４０５６８号公報（平成１８年９月１４日公開）
【特許文献２】特開２００５−１１１５５７号公報（平成１７年４月２８日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来のパイプの補強構造では、以下に示すような問題点を有している。
すなわち、上記特許文献１，２に開示されたパイプの補強構造では、パイプの長手方向に渡って一様な補強構造となっている。このため、例えば、旋回フレームに対して近接配置されたキャブを構成する柱部材が、キャブに対して付与された外力によって旋回フレームの一部に接触した場合には、柱部材に対して局所的な外力が付与されるために、その部分で折れ曲がるおそれがある。
【０００６】
本発明の課題は、旋回フレームに近接配置されて折れ曲がるおそれがある部分における強度を十分に担保することが可能な建設機械のキャブを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明に係る建設機械のキャブは、内部に空間を有する異形断面の左右後柱部材を含む建設機械のキャブであって、第１孔部と、第１板材と、第２孔部と、第２板材とを含む右後柱部材を備えている。第１孔部は、右後柱部材に設けられているとともに、長手方向が右後柱部材の長手方向に沿って形成され、右後柱部材の左右方向において右後柱部材を貫通するように形成されている。第１板材は、第１孔部に挿入された状態で固定され、柱部材の断面における略中心部を通過するように、第１孔部に挿入される。第２孔部は、柱部材の長手方向における略中央部付近に形成されている。第２板材は、第２孔部に挿入された状態で固定されている。第１孔部は、第２孔部に対して、幅方向においてずらして配置されているとともに、柱部材の長手方向において一部が重複するように形成されている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係るキャブによれば、パイプ状の柱部材に対して最小限の構成を追加するだけで、柱部材が接触部分において折れ曲がることを回避して、キャブの軽量化を図りつつ、キャブの剛性をさらに向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態に係るキャブを搭載した油圧ショベルの構成を示す側面図。
【図２】図１の油圧ショベルの旋回フレーム上に搭載されたキャブを示す斜視図。
【図３】図２の旋回フレーム上のキャブを示す背面図。
【図４】図２の旋回フレーム上のキャブを示す側面図。
【図５】図２等のキャブの構成を示す斜視図。
【図６】図２の旋回フレームの一部とキャブとの近接位置に形成された補強構造を示す拡大図。
【図７】図５のキャブを構成する柱部材の１つの構成を示す側面図。
【図８】図７のＡ−Ａ線矢視断面図。
【図９】（ａ），（ｂ）は、補強構造を構成する板材を示す側面図と正面図。
【図１０】図８の板材が柱部材の中央部付近に挿入された際の変形低減状態を説明するための断面図。
【図１１】図６の補強構造同士の重複部分を示す拡大図。
【図１２】図６の補強構造付近の構成を示す正面図。
【図１３】転倒時等にキャブに負荷が掛かって変形した際の図６の補強構造付近の構成を示す詳細断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の一実施形態に係るキャブ１０を搭載した油圧ショベル（建設機械）１について、図１〜図１３を用いて説明すれば以下の通りである。
［油圧ショベル１全体の構成］
本実施形態に係る油圧ショベル１は、図１に示すように、下部走行体２と、旋回フレーム３と、作業機４と、カウンタウェイト５と、エンジン６と、キャブ１０と、を備えている。
【００１１】
下部走行体２は、進行方向左右両端部分に巻き掛けられた履帯Ｐを回転させることで、油圧ショベル１を前後進させるとともに、上面側に旋回フレーム３を旋回可能な状態で搭載している。
【００１２】
旋回フレーム３は、下部走行体２上において任意の方向に旋回可能であって、上面に作業機４と、カウンタウェイト５と、エンジン６と、キャブ１０と、を搭載している。旋回フレーム３は、ほぼ中央部分に、作業機４を取り付けるためのメインビーム３ａを有している。メインビーム３ａは、上方に向かって突出する一対の板状フレームであって、この間に作業機４のアームが装填されて回動可能な状態で固定される。なお、この旋回フレーム３の一部であるメインビーム３ａとキャブ１０を構成する柱部材３４との近接部分Ｘ（図２参照）周辺の構成については、後段にて詳述する。
【００１３】
作業機４は、ブームと、ブームの先端に取り付けられたアームと、アームの先端に取り付けられたバケットとを含むように構成されており、油圧シリンダによってアームやバケット等を上下に移動させながら、土砂や砂礫等の掘削を行う土木工事の現場において作業を行う。
【００１４】
カウンタウェイト５は、例えば、鋼板を組み立てて形成した箱の中に屑鉄やコンクリート等を入れて固めたものであって、採掘時等において車体のバランスをとるために旋回フレーム３の後部に配置されている。
【００１５】
エンジン６は、下部走行体２や作業機４を駆動するための駆動源であって、カウンタウェイト５に隣接する位置に配置されている。
キャブ１０は、油圧ショベル１のオペレータが乗降する運転室であって、作業機４の先端部を見通せるように、旋回フレーム３上における作業機４の取り付け部分の側方となる左側前部に配置されている（図２〜図４参照）。なお、このキャブ１０のキャブ構造については、後段にて詳述する。
【００１６】
［キャブ１０の構造］
キャブ１０は、図２〜図４に示すように、旋回フレーム３上における作業機４が取り付けられるメインビーム３ａの左側に近接して配置されている。また、キャブ１０は、図５に示すように、５本の柱部材３１〜３５や梁部材３６等によって構成されている。
【００１７】
柱部材３１〜３５は、左前柱部材３１と、右前柱部材３２と、左後柱部材３３と、右後柱部材３４と、左中央柱部材３５と、を含むように構成されている。
左前柱部材３１および右前柱部材３２は、いわゆるＡピラーと呼ばれる柱として使用されており、内部が中空の異形断面を有している。そして、左右前柱部材３１，３２は、中央部付近において折り曲げられて、キャブ１０の前方において床面から立設される柱部分と天井面を構成する梁部分とを含んでいる。なお、上記異形断面とは、円管状のパイプを除く、例えば、断面が略四角形や複雑な形状のものを意味する。
【００１８】
左後柱部材３３および右後柱部材３４は、いわゆるＣピラーと呼ばれる柱として利用されており、内部が中空の略四角形の異形断面を有している。そして、左右後柱部材３３，３４は、ほぼ直線状の柱としてキャブ１０の後方において床面から立設されている。また、左右後柱部材３３，３４は、上端部同士を梁部材３６によって互いに接合されている。さらに、左後柱部材３３および右後柱部材３４は、キャブ１０の強度を確保する上で重要な役割を果たしている。特に、右後柱部材３４は、作業時や休車時等の通常時には、近接する旋回フレーム３のメインビーム３ａと離間しているが、油圧ショベル１が転倒した場合等においてキャブ１０の変形や傾き等によって近接する旋回フレーム３のメインビーム３ａに対して接触し、この部分を基点に折れ曲がるおそれがある。このため、右後柱部材３４は、旋回フレーム３のメインビーム３ａと接触するおそれがある部分を中心として、十分な強度を有することが好ましい。
【００１９】
本実施形態では、図６および図７等に示すように、右後柱部材３４の側面に対して孔部３４ａ，３４ｂ，３４ｃをそれぞれ形成し、そこに板材２１ａ，２１ｂ，２１ｃを挿入して溶接によって固定した補強構造（柱部材の補強構造）２０を採用している。なお、この補強構造２０の構成については、後段にて詳述する。
左中央柱部材３５は、いわゆるＢピラーと呼ばれる柱として利用されており、ほぼ直線状の柱としてキャブ１０の左側面におけるほぼ中央部において床面から立設されている。
【００２０】
［左右後柱部材３４の補強構造２０］
本実施形態では、図６および図７等に示すように、上述した油圧ショベル１に搭載されたキャブ１０を構成する柱部材３１〜３５のうち、キャブ１０の後方に配置されたＣピラーに相当する右後柱部材３４に対して、補強構造２０を採用している。
【００２１】
なお、左後柱部材３３については、旋回フレーム３のメインフレーム等の他の部材と接触するおそれがないことから、図５に示すように、長手方向における中央部付近等に、同様の補強構造２０が採用されていればよい。
【００２２】
右後柱部材３４は、図６および図１２に示すように、旋回フレーム３のメインビーム３ａに近接する位置に、互いに対向する２つの面を貫通する孔部（第１孔部）３４ａを有している。また、右後柱部材３４は、図７および図８に示すように、長手方向におけるほぼ中央部付近に、幅方向において孔部３４ａを挟み込むように平行に形成され、互いに対向する面まで貫通する一対の孔部（第２孔部）３４ｂ，３４ｃを有している。そして、図９（ａ）および図９（ｂ）に示す板材（第１板材）２１ａ等が、それぞれの孔部３４ａ等に挿入された後、外周面側から溶接によって固定される。
【００２３】
これにより、孔部３４ａとこれに挿入された板材２１ａとによって、補強構造２０が形成される。同様に、孔部３４ｂとこれに挿入された板材（第２板材）２１ｂ、孔部３４ｃとこれに挿入された板材（第３板材）２１ｃとによって、それぞれ補強構造２０が形成される。なお、板材２１ｂと板材２１ｃとは、孔部３４ｂ，３４ｃに対して互いに反対向きに挿入されているものとする。
【００２４】
板材２１ａ等は、挿入される孔部３４ａ等の形状、間隔等に応じて、図９（ａ）および図９（ｂ）に示すように、挿入側の先端に、複数の凸部２１ａａを有している。この挿入側の凸部２１ａａが孔部３４ａに対して嵌合することで、板材２１ａの位置決めを容易に行うことができる。なお、孔部３４ｂ，３４ｃに対して挿入される他の板材２１ｂ，２１ｃについても同様である。
【００２５】
また、板材２１ａは、近接配置された旋回フレーム３のメインビーム３ａとの接触面に対して交差する方向に沿って挿入されている。これにより、図１３に示すように、油圧ショベル１が転倒した際等にキャブ１０が変形したり傾いたりした時等において、右後柱部材３４の下部が旋回フレーム３のメインフレームに接触した場合でも、板材２１ａの挿入方向から付与される外力に対して板材２１ａが突っ張ることで、右後柱部材３４の断面強度を向上させることができる。なお、実際の油圧ショベルでは、見栄え上、柱部材を覆うパネルが設けられており、板材２１ａがパネルを介して柱部材に当接する場合にも、同様の効果が期待できる。さらに、板材２１ａは、図８に示すように、右後柱部材３４の断面形状におけるほぼ中央部付近を通過するように挿入固定されている。これにより、図１０に示すように、板材２１ａの挿入方向に外力が付与された場合でも、右後柱部材３４の変形量を低減することができる。
【００２６】
さらに、補強構造２０に含まれる板材２１ａおよび孔部３４ａと、板材２１ｂ，２１ｃおよび孔部３４ｂ，３４ｃとは、図１１に示すように、正面視において、右後柱部材３４の長手方向に一部が重複するように配置されている。これにより、右後柱部材３４の長手方向中央部付近の補強構造２０と、下部の補強構造２０とが途切れてしまうことを回避することができる。この結果、局所的に強度が低下する部分が形成されることを回避して、強度的に優れた右後柱部材３４を構成することができる。
【００２７】
また、右後柱部材３４の外周面に形成された孔部３４ａ〜３４ｃは、図７等に示すように、できる限り、長手方向において互いにずれた位置に形成されている。これにより、右後柱部材３４の断面を構成する１つの面において、右後柱部材３４の幅方向に開口部分が多く形成されることをできる限り回避することができる。この結果、右後柱部材３４における１つの面に開口部分が多くなって、変形による組み付け精度が低下してしまうことを防止することができる。よって、溶接や組み付け等を精度よく実施することができる。
【００２８】
［右後柱部材３４の補強構造２０を含むキャブ１０の特徴］
（１）
本実施形態のキャブ１０では、図２等に示すように、旋回フレーム３上に配置されたキャブ１０を構成する右後柱部材３４が、旋回フレーム３のメインビーム３ａに対して近接配置されている場合において、図６等に示すように、右後柱部材３４における上記近接部分に対して、孔部３４ａと板材２１ａとを組み合わせた補強構造２０を設けている。具体的には、パイプ状の右後柱部材３４の壁面に貫通するように形成された孔部３４ａに対して、板材２１ａが挿入された状態で固定されることで、補強構造２０を構成している。
【００２９】
これにより、例えば、油圧ショベル１が転倒した場合等においてキャブ１０に対して側方から大きな外力が付与されてキャブ１０が変形して互いに近接配置された右後柱部材３４とメインビーム３ａとが接触した場合でも、右後柱部材３４が接触部分を基点に折れ曲がることを回避することができる。このように、右後柱部材３４において局所的に負荷がかかりそうな部分について選択的に補強構造を設けることで、簡易な構成により、パイプ状の軽量化された右後柱部材３４の強度を向上させつつ、結果としてキャブ１０の剛性を効果的に向上させることができる。
【００３０】
（２）
本実施形態のキャブ１０では、図８および図１０に示すように、右後柱部材３４の孔部３４ａ〜３４ｃに挿入された板材２１ａ〜２１ｃのうち、旋回フレーム３のメインビーム３ａに近接配置された孔部３４ａに挿入された板材２１ａが、断面形状におけるほぼ中心位置を通過するように挿入固定されている。
これにより、右後柱部材３４の断面強度を最も効果的に補強して、右後柱部材３４の強度を安定的に向上させることができる。
【００３１】
（３）
本実施形態のキャブ１０では、図６および図８に示すように、近接配置された旋回フレーム３のメインビーム３ａとの接触面に対して交差する方向に沿って挿入固定されている。換言すれば、板材２１ａは、旋回フレーム３のメインビーム３ａとの接触方向に沿って挿入固定されている。
【００３２】
これにより、キャブ１０の変形等によって右後柱部材３４が旋回フレーム３のメインビーム３ａに接触した場合でも、その接触方向に沿って挿入固定された板材２１ａによって、右後柱部材３４がつぶれないようにしっかりと突っ張ることができる。このように、特定の方向からの外力が付与されることが想定される部分には、その外力が付与される方向に応じて板材２１ａの挿入方向を設定することで、最も効果的に右後柱部材３４を補強することができる。
【００３３】
（４）
本実施形態のキャブ１０では、図７および図８に示すように、旋回フレーム３と近接配置された部分に設けられた補強構造２０に加えて、右後柱部材３４の長手方向におけるほぼ中央部付近に設けられた孔部３４ｂ，３４ｃおよび板材２１ｂ，２１ｃによって構成される補強構造２０を組み合わせている。
【００３４】
これにより、例えば、キャブ１０の上方からの外力が付与された場合等に最も負荷が掛かる右後柱部材３４の部分（長手方向におけるほぼ中央部）にも、同様に補強構造２０を設けることで、右後柱部材３４の強度をさらに向上させることができる。この結果、キャブ１０全体の剛性をさらに向上させることができる。
【００３５】
（５）
本実施形態のキャブ１０では、図７および図１１に示すように、右後柱部材３４の同一面に形成された孔部３４ａと孔部３４ｂ，３４ｃとが、その端部において一部重複するように互いに略平行に配置されている。
【００３６】
これにより、右後柱部材３４において、長手方向に複数の補強構造２０を配置した場合でも、補強構造２０同士の間等のように局部的に強度が劣る部分が形成されることを回避することができる。この結果、長手方向において安定して補強された右後柱部材３４を構成することができる。
【００３７】
（６）
本実施形態のキャブ１０では、図７および図１１等に示すように、旋回フレーム３の一部に近接配置された部分に設けられた補強構造２０（孔部３４ａおよび板材２１ａ）を、右後柱部材３４のほぼ中央部付近に設けられた補強構造２０（一対の孔部３４ｂ，３４ｃおよび板材２１ｂ，２１ｃ）の間に配置している。
【００３８】
これにより、３枚の板材２１ａ〜２１ｃを組み合わせて、右後柱部材３４に付与されることが想定される外力に対して、効果的に対抗する補強構造２０を構成することができる。
【００３９】
（７）
本実施形態の油圧ショベル１のキャブ１０は、図１および図２に示すように、上述した補強構造２０を含む右後柱部材３４を含んでいる。
【００４０】
これにより、上述したように、パイプ状の柱部材３１〜３４を用いて軽量化を図るとともに、局所的に外力がかかるおそれがある部分を効果的に補強して、キャブ１０全体の剛性を向上させることができる。
【００４１】
［他の実施形態］
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００４２】
（Ａ）
上記実施形態では、本発明に係る補強構造２０を、キャブ１０を構成する右後柱部材３４に対してのみ採用した例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
【００４３】
例えば、旋回フレームの一部等のような他の部材に対して近接配置された全ての柱部材に対して、本発明の補強構造を採用してもよい。あるいは、右後柱部材以外の特定の柱部材に対して採用することもできる。
【００４４】
（Ｂ）
上記実施形態では、本発明の補強構造２０が採用された右後柱部材３４に近接配置された旋回フレーム３の一部として、作業機４が取り付けられるメインビーム３ａを例として挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、特定の柱部材に対して近接配置される柱部材の一部としては、作業機の取付部分の突出部以外にも、他の部分であってもよい。
【００４５】
（Ｃ）
上記実施形態では、右後柱部材３４に対して、３つの孔部３４ａ〜３４ｃに対してそれぞれ板材２１ａ〜２１ｃを挿入し、補強構造２０とした例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
【００４６】
例えば、特定の柱部材に対して１つだけ設けられた孔部に対して１枚の板材が挿入された補強構造であってもよい。
あるいは、３つ以上設けられたそれぞれの孔部に対して、各１枚ずつ板材が挿入されて補強構造が構成されていてもよい。
【００４７】
（Ｄ）
上記実施形態では、右後柱部材３４の長手方向における中央部付近に形成された孔部３４ｂ，３４ｃに対して挿入される板材２１ｂ，２１ｃの挿入方向を反対向きにした例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
【００４８】
例えば、板材の挿入方向を全て同じにしてもよい。
ただし、キャブに対する外力が付与される方向が一定ではない場合には、様々な向きで 挿入された板材を含む補強構造であることがより好ましい。
【００４９】
（Ｅ）
上記実施形態では、本発明に係る柱部材の補強構造２０を含む柱部材によって構成されるキャブ１０を搭載した建設機械として、油圧ショベル１を例として挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
【００５０】
例えば、ホイルローダ等の他の建設機械に搭載されるキャブを構成する柱部材に対して、本発明の補強構造が適用されてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明の柱部材の補強構造は、パイプ状の柱部材に対して最小限の構成を追加するだけで、柱部材が接触部分において折れ曲がることを回避して、キャブの軽量化を図りつつ、キャブの剛性をさらに向上させることができるという効果を奏することから、建設機械のキャブを構成する柱部材に対して広く適用可能である。
【符号の説明】
【００５２】
１      油圧ショベル（建設機械）
２      下部走行体
３      旋回フレーム
３ａ    メインビーム
４      作業機
５      カウンタウェイト
６      エンジン
１０      キャブ
２０      補強構造（柱部材の補強構造）
２１ａ    板材（第１板材）
２１ａａ  凸部
２１ｂ    板材（第２板材）
２１ｃ    板材（第３板材）
３１      左前柱部材
３２      右前柱部材
３３      左後柱部材
３４      右後柱部材（柱部材）
３４ａ    孔部（第１孔部）
３４ｂ    孔部（第２孔部）
３４ｃ    孔部（第２孔部）
３５      左中央柱部材
３６      梁部材
Ｐ      履帯
【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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【図１３】
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