(57)【要約】  【課題】抵抗力の軽減、牽引力あたりの土量の大幅な増大、掘削・運土中の消費馬力の大幅な低減、及び短時間に最少のエネルギー量で最大の掘削・運土量が得られ、同時に従来のブレードの掘削効率を大幅に上回り、更には運土中の旋回押し回しにあたって落土のない作業機械用のブレード装置及び、同ブレード装置を搭載する作業用車両を提供する。  【解決手段】全ブレード幅がＷであって、下端に直線状の第１切刃(15)を有する所定のブレード幅(W1)をもつ中央前面部(12)を備えるとともに、第１切刃(15)に連続して後方向に所定の角度 (δ) 屈曲して延びる第２切刃(16)を有する連結前面部(13)と、第２切刃(16)に連続して第１切刃(15)の延長線との角度（θ) をもって延びる第３切刃(17)を有する端部前面部(14)とを備えている。前記第２及び第３切刃(16,17) の交点Ｃの前記第１切刃(15)の延長線に対する後退量(Wt)が次式(I),(II)を同時に満足させることにより掘削効率の向上と旋回押し回し時の落土の防止を図る。   Wt ＞0.65×(W1 /10)  …(I)     14°＜δ＜30°…(II)  【選択図】図５
2007077690.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各種の作業用機械に装着されるブレード装置であって、
ブレード(11)は、中央前面部(12)と、その左右端部に屈曲して連設された連結前面部(13)を介して更に連設される左右の端部前面部(14)を有し、
前記中央前面部(12)は、下端が掘削方向に直交して左右に延びるブレード幅Ｗ１を有するとともに、更にその下端に第１切刃(15)を有し、
前記連結前面部(13)及び前記端部前面部(14)は、その下端に第２及び第３の切刃(16,17) を有してなり、
前記連結前面部(13)及び端部前面部(14)の交差線と、前記第２及び第３切刃の刃先(16,17) の交点とが、上面視で前記第１切刃(15)の刃先よりも後方位置にあり、
前記中央前面部(12)、前記連結前面部(13)及び前記端部前面部(14)の各前面が上端から下端にかけて連続する凹み状の湾曲面とされ、
前記中央前面部(12)のブレード幅をＷ１、前記第１切刃(15)の延長線と前記第２及び第３切刃の刃先(16,17) 同士の前記交点との間の間隔をＷｔ、前記第１切刃(15)の刃先と前記第２切刃との間の後方屈曲角をδとしたとき、前記間隔Ｗｔと後方屈曲角δとが次式（Ｉ）及び（ＩＩ）を同時に満足してなることを特徴とするブレード装置。
Ｗｔ＞０．６５×（Ｗ１／１０）    ………（Ｉ）
１４°＜δ＜３０°                ………（ＩＩ）
【請求項２】
前記中央前面部(12)と前記端部前面部(14)との各切刃(15,17) の延長線(L3,L4) 同士の交差角θが０°〜２５°に設定されてなる請求項１に記載のブレード装置。
【請求項３】
前記ブレード(11)が全て板金により構成されてなる請求項１又は２に記載のブレード装置。
【請求項４】
前記ブレード(11)は、一部に鋳造体が使用されてなる請求項１又は２に記載のブレード装置。
【請求項５】
前記鋳造体と板金との端面同士の連結線が正面視で水平直線又は垂直線上にある請求項４記載のブレード装置。
【請求項６】
前記鋳造体の背面部に、左右のリフトフレームや各種油圧シリンダーの各端部を枢支するブラケットが一体鋳造されてなる請求項４記載のブレード装置。
【請求項７】
少なくとも前記中央前面部(12)の前面は、下端のブレード幅Ｗ１が前記第１切刃(15)の刃先幅に略等しく、且つその下端から上端に向けて漸次幅広に形成されてなる請求項１又は２に記載のブレード装置。
【請求項８】
前記中央前面部(12)下端のブレード幅Ｗ１は左右の走行装置間の内幅Ｗ０より大きい請求項１又は２記載のブレード装置。
【請求項９】
前記中央前面部(12)下端のブレード幅Ｗ1 は左右の走行装置の中心間距離であるゲージ幅ＷG に略等しい請求項１又は２に記載のブレード装置。
【請求項１０】
前記連結前面部(13)と前記端部前面部(14)とがＶ字状又はＵ字状を呈して連なってなる請求の範囲第１又は２に記載のブレード装置。
【請求項１１】
前記第２切刃(16)は第１切刃(15)に対して左右に僅かに下傾斜して配されるとともに、前記第３切刃(17)は前記第２切刃(16)に対して左右に僅かに上傾斜して配されてなる請求項１０記載のブレード装置。
【請求項１２】
前記端部前面部(14)の左右両側端から掘削方向に延設された左右側壁部を有してなる請求項１又は２に記載のブレード。
【請求項１３】
前記中央前面部(12)、前記連結前面部(13)及び前記端部前面部(14)の各切刃(15,16,17)の後退角γが０°以上１５°以下の範囲内に設定されてなる請求項１又は２に記載のブレード装置。
【請求項１４】
前記連結前面部(13)及び前記端部前面部(14)の各ブレード前面が上下方向に前記中央前面部(12)と同一曲面を有してなる請求項１又は２に記載のブレード装置。
【請求項１５】
請求項１又は２に記載のブレード装置(10)が搭載されてなることを特徴とする建設・土木車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブルドーザやトラクタショベルなどの各種の作業用車両に装備されるブレードに関し、特に、掘削、運土、整地などの作業に好適であって、作業能率に優れ、燃費効率や経済性などの向上を実現する作業機械のブレードと同ブレードを備えた建設・土木機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
建設工事や土木工事等の各種の作業現場では、例えばブルドーザやトラクタショベルなどの各種の作業機械が多用されている。この種の作業機械には作業用アタッチメントであるブレードが装備されている。このブレードは掘削、運土、盛土、締固め、整地などのドーザ作業に広く使用されている。
【０００３】
この作業機械において最大の作業能率を発揮させるためには、１サイクル当たりの運土量をできるだけ増大させること、掘削・運土中の抵抗をできるだけ小さくすること、各種の異なった土質に適合できることなどの様々な条件を満足することが肝要である。また、同時に盛土、締固め、整地をも同時になし得ることは、更に作業効率の著しい向上につながるため好ましい。これらの条件を満足する最適なブレードの構造、形状、幅、高さ、切刃（カッティングエッジ）の位置や掘削角度などを見い出すことが、作業機械の作業能率を向上させ、燃料消費量を減少させ、全体工期を短縮させることなどの利点につながる。
【０００４】
この種の作業機械の作業量を増大させるためのブレード装置の一例として、例えば本出願人が先に提案した特許第２７５７１３５号公報（特許文献１）がある。この特許文献１には、大型のブルドーザの前部に装備されたブレードの姿勢を掘削、運土、排土の各工程ごとに制御可能にしたブレード装置が開示されている。同公報に開示されたブレード装置は、運土時にブレードを掘削時の姿勢に対して所定の角度をもって後傾（ピッチバック）させ、排土時には掘削時の姿勢に対して所定の角度をもって前傾（ピッチダンプ）させるようにブレード駆動油圧装置を制御している。
【０００５】
ブルドーザの作業能力を最大限に発揮させるため、ブルドーザの運土作業における力のバランスは、上記特許文献１にも記載されているように運土抵抗よりも牽引力が大きく、牽引力よりも車両の駆動力が大きくなければならないが、この特許文献１にあっては、既述したようにブレードの姿勢を制御することによって牽引力の増大や運土抵抗の低減を可能にし、ブルドーザの作業量を増大させるにあたり、ブルドーザの大型化、エンジン出力の増加、或いはブレードの大容量化をせずに、運土量を大幅に増やすことができるものである。
【０００６】
ところで、ブルドーザにおいて掘削・運土作業を行うに際して必要とするエンジン出力の大部分は、車両の駆動力や掘削・運土時の牽引力などにより消費される。従って、動力伝達中のエネルギー量の損失を低減させ、燃費効率を向上させることが重要である。また、掘削・運土中の抵抗を低減することなども強く要求される。一般に、中型や小型ブルドーザは、大型ブルドーザと比較すると運土距離が短い。前述の要求に応えられれば、従来と同様の容量を有するブレードや牽引力であっても、掘削・運土中のエンジン出力を有効に使うことができるようになる。
【０００７】
また、特に中型や小型のブルドーザは、車両自体を可能な限りコンパクト化して構成されるため、ブレードも大型ブルドーザと比較すると小さな寸法に設計される。上記特許文献１に開示されたブレード装置は大型ブルドーザに使用されるものであり、格別のブレード駆動油圧装置やその付属部品を組み入れる必要がある。このため、ブレード装置全体の構造が大型化することに加えて部品点数が多くなり、複雑な機構となっている。上記ブレード装置をそのままの状態で中型や小型のブルドーザに搭載しようとしても、極めて複雑な機構を配するための十分な設置空間を確保することは困難であり、車体自体の設計も大幅に変更しなければならず、価格の大幅な増大につながる。
【０００８】
一方、実開昭６１−７６８６１号公報（特許文献２）には、バックホーの機体の下端前部に第１ブレード部材が取り付けられ、同第１ブレード部材の左右両端部に、取付ボルトにより第２ブレード部材を前記機体の斜め前方や斜め後方に変更可能に取り付けたブレード構造が、また実開昭６３−７１２５３号公報（特許文献３）には、装輪式ローダの機体の下端前部に左右両側一対の第１ブレード部材がヒンジを介して垂直軸線回りに互いに反対側に旋回自在に取り付けられ、各第１ブレード部材の上縁部に第２ブレード部材をヒンジを介して倒伏自在に取り付けたブレード構造が、さらに実開平４−９２０６４号公報（特許文献４）には、土木車両の機体の下端前部に第１ブレード部材が取り付けられ、同第１ブレード部材の左右両端部に第２ブレード部材を前方に折り曲げて張り出したブレード構造が、それぞれ開示されている。さらにまた、特開２００１−４０６９３号公報（特許文献５）には、後退時の地均し作業の際にブレードの後面に滞留する土砂をブレード側方に排土するための傾斜面を形成したブレード構造が開示されている。
【０００９】
これらの文献に開示されたブレードは、ストレートドーザ、Ｖドーザ、逆Ｖドーザ、Ｕドーザなどと呼称されて使用され、ブレード面は一定曲率の円弧面や上下に異なる曲率を有する湾曲面などの様々な形態に製作されるが、掘削・運土作業における牽引力あたりの消費馬力を減らし、燃費効率を高めることを具体的に明示するものではなかった。このように、従来の技術においては、掘削・運土中のエネルギー量の有効使用と低燃費とが同時に実現されるブレードではなかった。
【００１０】
そこで出願人は、こうした課題を解決すべく、先にＷＯ  ２００４／０４４３３７  Ａ１（特許文献６）により、従来にない全く新しいブレード構造を提案した。
この特許文献６に開示されたブレードは、中央前面部と、その左右端部から後方に屈曲して拡開しながら延びる連結前面部と、連結前面部から屈曲して前方に拡開しながら延びる端部前面部とを有し、前記中央前面部は、下端が掘削方向に直交して左右に延びる所要のブレード幅を有するとともに、その下端に第１切刃を有し、前記連結前面部及び端部前面部も、その下端に第２及び第３切刃を有しており、前記連結前面部及び端部前面部の交差線と、前記第２切刃と第３切刃との刃先同士の交点とが、上面視で前記第１切刃の刃先よりも後退位置にあり、前記中央前面部、前記連結前面部及び前記端部前面部の各前面が上端から下端にかけて連続する凹み状の湾曲面に形成された特殊な形状をしている。
【００１１】
この特許文献６のブレードが適用される作業機械としては、例えば建設・土木機械が含まれ、その代表的な建設・土木機械として、ブルドーザ、バックホー、モータグレーダなどの建設・土木車両などが挙げられる。なお、本明細書において使用される本発明に係るブレードの「正面視」及び「上面視」とは、ブレードを掘削効率の高い刃先角にて地表に接地したときの正面視及び上面視をいう。
【００１２】
前記ブレードは、ブレード前面の一部を構成する中央前面部を有するとともに、ブレードの左右両側端部において前方に拡開するように張り出す左右の端部前面部を有する点では従来のブレードと同様であるが、前記中央前面部と前記端部前面部との間に連結前面部が配されるとともに、前記左右の連結前面部が中央前面部の左右端部にて後方に拡開して延設され、左右の前記端部前面部が同連結前面部の後端縁から前方へと更に拡開しながら延設されている点で、従来のブレードとは大きく異なっている。
【００１３】
ところで、このように掘削、運土、整地など各種作業に適用されるブレードとは異なるものの、本発明のブレード形状によく似た形状を備えたブレードがＷＯ  ９３／２２５１２号公開公報（特許文献７）に開示されている。この特許文献７に記載されたブレードは、ゴミ廃棄場などにおいてゴミを広げながら圧縮する埋立て用の圧縮作業車両に適用されるものである。そのブレードの形状は、従来のブレードと同様に左右端部に車両の走行方向に両翼状に拡開して突出する端部ブレード部と、左右の端部ブレード部間を連結する一枚の平板状の中央ブレード部と、その中央ブレード部の上下方向の途中から下傾斜させて車両走行方向に突設された矩形箱状の突設部とを備えている。前記突設部の下面を車両走行面に沿って置いたとき、前記端部ブレード部及び中央ブレード部の下端縁が同じく車両走行面に沿って置かれる。
【００１４】
また、前記圧縮作業車両の走行装置には鋼鉄製の車輪が採用されており、この車輪にてごみなどを圧縮処理する。前記ブレードの上記端部ブレード部及び中央ブレード部の下端縁を前記車輪の走行面と直線上に一致させたときの姿勢を第１ポジションとし、ブレードを上げて前傾させたときの姿勢を第２ポジションとすると、第１ポジションにあるときは圧縮作業用車両の走行によりゴミや土を水平に拡散させ、第２ポジションにあるときはブレード中央の上記突設部により車両の左右車輪間の空間に送られるゴミや土の量を制御し、すなわち前記空間に送られるゴミの高さを制限し、上記端部ブレード部及び中央ブレード部の下端縁と上記走行面との間の間隙を通して車輪による圧縮領域へと送り込んでゴミや土の量を制御する。
【００１５】
このように、特許文献７により開示されたブレードは、ごみなどを拡散させる機能と、ごみなどを圧縮する処理量を制御すると同時に、圧縮部材である左右の車輪間に形成されている空間部に過大な量のゴミなどが入り込んで、車体の下面に損傷を与えることのないように、前記空間部に送り込むゴミの量を制限するための機能とを重視して開発されたものである。そのため、そもそもが機能的に異なる本発明のブレード形状とこの公報に開示されているブレードとを比較すると、次の点で大きく異なっていることが理解できる。
【００１６】
すなわち、(1) 上記特許文献６に記載されたブレードにおける中央前面部が掘削された土砂を大量に堆積保持するため、ブレード中央の上端から下端にかけて連続させているのに対して、この中央前面部に対応する前記特許文献７のブレードにおける中央突設部は、余分なごみの排除が主目的としているところから、その中央ブレード部の上下端間の途中から下端にかけて突出させている点、(2) 特許文献６における左右一対の各連結前面部及び端部前面部の交点が、上面視で中央前面部よりも後方位置にあると同時に、端部前面部の先端が中央前面部の下端縁の延長線の近傍にあるで延びているのに対して、特許文献７では文章上での説明はないが、そのいずれの図面を見ても中央ブレード部から前方に突出する左右一対の端部ブレードの先端位置を、中央突設部の突出下端縁の位置よりも更に前方に配している点である。これらの相違点は、既述したとおり、本発明のブレードと公報に開示されているブレードでは、本来の機能が異なることによる。
【特許文献１】特許第２７５７１３５号公報
【特許文献２】実開昭６１−７６８６１号公報
【特許文献３】実開昭６３−７１２５３号公報
【特許文献４】実開平４−９２０６４号公報
【特許文献５】特開２００１−４０６９３号公報
【特許文献６】ＷＯ  ２００４／０４４３３７  Ａ１号公開公報
【特許文献７】ＷＯ  ９３／２２５１２号公開公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
特許文献６により提案された上記ブレードは、上面視で中央前面部の第１切刃の下端の延長線に前記端部前面部の第３切刃の先端がほぼ一致するか、第３切刃の先端前記延長線よりも僅かに後退する位置にあるようにしている。その結果、前記第１切刃が端部前面部の下端に配される第３切刃に先行して土砂を掘削するため、連結前面部及び端部前面部による掘削力が低減され掘削を容易にする。しかし実施に当たっては、前記第３切刃の先端を第１切刃の前方に僅かに突出する場合もある。この場合、第３切刃の先端が第１切刃に先行して掘削することになるが、その突出量は極めて少なく、前記端部前面部の第３切刃全体としての実質的な掘削力は前記第１切刃の掘削力と比較すると極めて小さいため、その突出による影響はない。
【００１８】
従って、上記特許文献６に記載されたブレードによれば、従来と比較して前記第３切刃に作用する牽引力が大きく緩和され、掘削抵抗や運土抵抗などの抵抗力が前記第１切刃と前記第３切刃とにわたりほぼ均一に作用するとともに、前記第１切刃と前記第３切刃との双方に牽引力が有効に作用することとなり、前記第３切刃により掘削された土と前記第１切刃により掘削された土とが第２切刃を介して円滑に合流する。また、連結前面部と端部前面部との交差部の前面領域が土溜部となるため、効率的で且つ大量の運土を抱え込むようになる。
【００１９】
これらの相乗的な作用効果によって、前記抵抗力が軽減され、牽引力あたりの土量を大幅に増大することができるようになる。しかも、掘削・運土中の消費馬力を大幅に低減することができ、短時間に最少のエネルギー量で最大の掘削・運土量を得ることができるようになり、前記作業機械の燃費効率が著しく向上して土工量当りのコストの低減を実現することができる。
【００２０】
こうして上記特許文献６に記載されたブレードは、その特殊な構造によって従来のブレードには到底期待することができない極めて優れた作用効果を奏するものの、その中央前面部、連結前面部及び端部前面部の設計如何によっては、同じブレード幅をもつ従来のセミＵ型ブレードと比較して、数は少ないが掘削効率の点で下回ることがある。また、特に運土時の旋回押し回しのとき、旋回走行中の僅かな時間でブレード上に積載された土が中央前面部から外側の連結前面部へと滑り落ちて、端部前面部から瞬時に全て流れ落ちてしまうという事態も発生した。
【００２１】
ところで、この種のブレードは大型の場合は当然として、小型であっても通常の部品と異なり相対的に大型であり且つ高重量になりやすい。そこで、ブレードの軽量化のため一般に板金が使われている。しかし、一枚の板金からプレス機によって同時に所望の形状を得ることは到底不可能であるため、特許文献６に記載されたブレードは形状及び構造が複雑であること、掘削・運土時における切刃の姿勢などを考慮したとき、通常は溶接ロボットの溶接によって組立てざるを得ないが、この場合、溶接ロボットには複雑で且つ高性能な動きが要求されることになる。そのため、ハード面及びソフト面からの十分な手当てが必要なため、理想的な溶接を早期に開発が難しく、コストの面でも大幅なアップにつながる。
【００２２】
本発明は、こうした事態を踏まえてなされたものであり、具体的には上記特許文献６がもつ前記抵抗力の軽減、牽引力あたりの土量の大幅な増大、掘削・運土中の消費馬力の大幅な低減、及び短時間に最少のエネルギー量で最大の掘削・運土量が得られることを前提としながら、従来のセミＵ型ブレードを確実に越える掘削効率を得ることができ、更には運土中の旋回押し回しにあたって落土のない作業機械用のブレード装置を提供することを主な目的としている。また、本発明の第２の主たる目的は、先の特許文献６により提案されている各種の作業機械用のブレード装置、特に過酷な環境化において高負荷がかかる土木・建設機械における各種のブレードにあって、前後寸法が短く所望の形状が容易に得られとともに、軽量化が達成されるにも関わらず所要の剛性と強度が確保され、更には溶接では得られない滑らかな曲面をも容易に形成することのできる作業機械用のブレード装置を提供することにある。その他の目的は、以降に述べる発明の最良の実施形態により明らかにされる。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
以上の目的は、本発明の基本構成である、各種の作業用機械に装着されるブレード装置であって、ブレードは、中央前面部と、その左右端部に屈曲して連設される連結前面部を介して更に連設される端部前面部とを有し、前記中央前面部は、下端が掘削方向に直交して左右に延びるブレード幅Ｗ１を有するとともに、その下端に第１切刃を有し、前記連結前面部及び前記端部前面部は、その下端に第２及び第３の切刃を有してなり、前記連結前面部及び端部前面部の交差線と、前記第２及び第３切刃の刃先の交点とが、上面視で前記第１切刃の刃先よりも後方位置にあり、前記中央前面部、前記連結前面部及び前記端部前面部の各前面が上端から下端にかけて連続する凹み状の湾曲面とされ、前記中央前面部のブレード幅をＷ１、前記第１切刃の延長線と前記第２及び第３切刃の刃先同士の前記交点との間の間隔をＷｔ、前記第１切刃の刃先と前記第２切刃との間の後方屈曲角をδとしたとき、前記間隔Ｗｔと後方屈曲角δとが次式（Ｉ）及び（ＩＩ）を同時に満足してなることを特徴とするブレード装置により効果的に達成される。
Ｗｔ＞０．６５×（Ｗ１／１０）    ………（Ｉ）
１４°＜δ＜３０°                ………（ＩＩ）
ここで、Ｗｔ及びＷ１は実際の値（ｍｍ）であっても、それぞれの基準値（無単位）であってもよい。
更に好ましくは、前記中央前面部と前記端部前面部との各切刃の延長線同士の交差角θを０°＜θ≦２５°に設定するとよい。
【００２４】
このように、左右の前記連結前面部は、上面視で前記中央前面部に連続して後方向に上記後方屈曲角δの範囲内で拡開して配されるとともに、左右の前記端部前面部を、同じく上面視で前記連結前面部に連続して前方に向けて上記交差角θをもって拡開して配するようにするとよい。すなわち、前記連結前面部と前記端部前面部とがＶ字状又はＵ字状を呈して連なり、更には前記第２切刃と前記第３切刃とがＶ字状又はＵ字状を呈して連なっている。
【００２５】
また、本発明の特徴的構成の一つが、上述のとおり最短距離Ｗｔ及び後方屈曲角δを如何に決めるかにあるため、前記ブレードの全てを板金により構成するか、或いは一部に鋳造体を併用するかは任意である。この鋳造体を使用する場合、好ましい態様によれば、少なくとも前記連結前面部及び前記端部前面部の全てを含み、前記中央前面部の連結側領域を含む左右一対の一体鋳物部と、少なくとも前記中央前面部の主要部領域を含み、前記一体鋳物部の前記連結側端面と結合される連結端面を有する板金部とを備えているように構成するとよい。ブレードの一部に鋳造体を併用するときは、鋳造体と前記板金との連結線を正面視で水平線又は垂直線上におくようにすることが好ましく、また前記鋳造体の背面部に、左右のリフトフレームや各種油圧シリンダーの各端部を枢支するブラケットを一体鋳造するとよい。
【００２６】
更に本発明にあっては、少なくとも前記中央前面部の第１切刃は、同中央前面部下端のブレード幅Ｗ１に略等しく、且つ前記中央前面部は、その下端から上端に向けて後方に凹む湾曲面とされるとともに漸次幅広に形成するのが好ましい。また、前記中央前面部下端のブレード幅Ｗ１は、左右の走行装置間の内幅より大きくするとよく、更には前記中央前面部下端のブレード幅Ｗ1 を左右の走行装置の中心間距離であるゲージ幅に略等しくするとよい。
【００２７】
また、前記第２切刃は第１切刃に対して左右に僅かに下傾斜して配されるとともに、前記第３切刃は前記第２切刃に対して左右に僅かに上傾斜して配されていることが好ましい。前記端部前面部の外側端面から掘削方向に張り出す側壁体を設けておくとよい。更に、前記中央前面部、前記連結前面部及び前記端部前面部の各切刃の後退角γを、０°以上１５°以下の範囲内に設定する。前記連結前面部及び前記端部前面部の各ブレード前面が前記中央面部と同一曲面を有することが望ましい。
【作用効果】
【００２８】
本発明におけるブレード上の運土の外観形状は、特許文献６に開示されたブレードと同様、前記中央前面部の上端から下端にかけて、その中央部にて安息角を越えて前方へと大きく盛り上がった形状となる。一方、上述のような従来のブレードでは運土の外観形状は、ブレードの上端から下端にかけて略安息角に等しい傾斜角をもつ直線的な平面形状となる。すなわち、本発明もまた前記特許文献６と同様に、短時間に最少のエネルギー量で最大の掘削・運土量を得ることができ、作業機械の燃費効率が著しく向上して土工量当りのコストの低減が実現される。
【００２９】
ところで、特許文献６に開示されたブレードの提案を行ったのち、引き続き多様な試験を重ねているうちに、既述したような課題のあることが分かった。そこで、様々な試験と設計を繰り返した結果、上述のような掘削効率のばらつきや旋回押し回し時のブレードからの落土の原因が、ブレード容量（ブレードで土砂などを押す場合の標準的な１回当たりの作業量をいい、ＳＡＥ規格Ｊ１２６５  ＭＡＲ８８などにより計算される値である。）に応じた中央前面部、連結前面部及び端部前面部の最適な形状や各前面部のブレード幅の相対的な割合などを客観的に決定するための指標が確立されていないことに依ることを知った。試験の結果によれば、上述のような全体形状を有する本発明に係るブレード装置の掘削効率は、中央前面部のブレード幅Ｗ１、連結前面部の刃先と端部前面部の刃先との交点と中央前面部の第１刃先の延長線との間の間隔（以下、後退量という。）Ｗｔ、中央前面部の第１切刃の刃先に対する連結前面部の第２切刃の刃先の後方に屈曲する屈曲角δの３つのパラメータにより決定されることが分かった。上記式（Ｉ）及び（ＩＩ）は、それらの３つのパラメータの相関式である。しかも、前記後方屈曲角δには上限値及び下限値があり、その下限値は前記掘削効率の下限値（％）を規定し、例えばセミＵ型ブレードの掘削効率を確実に上回るための下限の値となる。一方、後方屈曲角δの上限値は運土中における旋回押し回しによる落土を確実に防止すための上限の値である。
【００３０】
設計の段階で、ブレード容量に見合った上記後退量Ｗｔの値が決まると、そのブレード容量に見合った最適な後方屈曲角δの値を上記数値範囲の中から選び出すことができる。一般に、中央前面部のブレード幅Ｗ１は、作業用車両の左右走行装置の各中心線間の距離（ゲージ幅）に略等しく設定するとよい。また、ブレードの全幅Ｗはブレード容量によって一義的に決まり、ゲージ幅ＷG に等しい中央前面部のブレード幅Ｗ１も同様にして決まる。しかして、前記全体のブレード幅Ｗやゲージ幅ＷG 、ブレード幅Ｗ１は車格やブレード容量によって変更される長さでもある。いま、例えば１０ｍ3 のブレード容量をもつ全ブレード幅Ｗを基準とすると、１０ｍ3 より小さいときの中央前面部の実際の全ブレード幅は前記ブレード幅Ｗより短くなり、１０ｍ3 より大きいときは中央前面部の実際のブレード幅は前記ブレード幅Ｗよりも長くなる。本発明における前記中央前面部の刃先に対する連結前面部及び端部前面部の刃先同士の交点までの後退量の値Ｗｔは、前述のようにして得られた実際のブレード幅Ｗ１に、試験により得られた定数である０．６５／１０を掛けることにより決まる。この後退量Ｗｔが決まると、上記後方屈曲角δのうちから、相関図により最も掘削効率に優れ且つ押し回しにも耐えられる後方屈曲角δを選ぶと、ブレードの全幅Ｗが決まっていることから、上面視で中央前面部と連結前面部との下端屈曲点と、端部前面部の外側端面との間の寸法Ｗ４が必然的に決まることになる。
【００３１】
しかしながら、これだけでは未だ中央前面部の刃先の延長線と端部前面部の刃先の延長部との間の交差角θは決まらない。この交差角θは、前記連結前面部と端部前面部との屈曲部の前面に形成される土溜部を形成するため、上記後方屈曲角δとともに極めて重要な意義をもつ。しかも、作業現場の土質によって変化する端部前面部の掘削力の大きさにも影響を与える。前記土溜部における前記連結前面部と端部前面部との交差角（°）は、１８０°−（δ＋θ）により計算できる。この土の抱え込みを維持するには、可能な限りθは大きい方がよい。しかし、例えば現場の土質が柔らかく整地機能だけの機能でよいという場合には、θを限りなく０°に近づける。一方、土質が硬く、サイドカット機能が必要であるときは、θの値をある程度大きくする必要がある。従って、このθの値は一律には決め難いが、その端部前面部に要求される機能に応じて上記後方屈曲角δを勘案して決めることができる。しかしながら、サイドカット機能を確保するには最大で２５°程度であると言われている。
【００３２】
この交差角θが２５°を越えると、端部前面部の第３切刃の刃先に負荷が集中して、掘削時に過大な負荷がかかり、切刃全体に均等に負荷がかからず刃先の折損などを伴うことにもなりかねない。一方、既述したとおり、本発明のブレード装置は整地機能も兼ね備えている場合が多い。その点では、前記交差角θを０°に無限に近づけることが必要な場合もある。これらを総合的に勘案すると、交差角θは０°より大きく２５°以下であることが望ましい。ところで、これらの後方屈曲角δ及び交差角θの決め方によっては、トータル長さが決まっている前記連結前面部及び端部前面部の各ブレード幅の長さの割合も必然的に変化する。従って、この連結前面部及び端部前面部の各ブレード幅の長さの割合もまた一律には決めることができない。
【００３３】
更に好適な態様によれば、上述のように中央前面部の一部と連結前面部及び端部前面部を背面支持部とともに一体鋳造して必要最小限の奥行きで所要の剛性と強度を確保するとともに、一方の板金部には主に板金からなる背面支持部材を配し、必要ならばその一部に補強リブを一体に鋳造した背面支持部材を配するようにしている。かかる構成を採用することにより、湾曲部や屈曲部においても滑らかな面が得られると同時に、所要な剛性と強度を確保するとともに、必要最小限の容積と重量をもつブレード装置が得られる。しかも、中央前面部部と連結前面部との端面同士を溶接する溶接部位を正面視で直線的に形成すと、ロボット溶接も容易に採用することができるようになり、同時に製作費の低減や製作時間の大幅な短縮が実現できる。
【００３４】
本発明のブレードは、既述したとおり左右方向の屈曲面と上下方向の湾曲面とをもつ特殊な形状を有している。このうち、その屈曲領域の全てを含んで一体鋳造体とすることができ、中央前面部の主要領域だけに所要の湾曲面をもつ板金から構成する。また、前記湾曲面とともに中央前面部の下端から上端にかけて左右両端部が上方に拡幅する形状を有する場合には、その背面支持部を含めた左右端と連結前面部との境界線は必然的に上下方向に湾曲し、同時に左右の屈曲も上下方向で大きくかつ複雑であるため、この境界線領域にて溶接することは可能な限り回避することが得策である。そこで、本発明のように複雑な形状と構造を備えたブレードの場合には、板金部分と鋳造体部分との連結境界線を正面視で垂直線にする。そのために、中央ブレード部の上端縁から左右に延在する両端部の逆三角形領域を垂直線に沿って分割し、その分割端部を一体鋳造部に移行して、連結前面部及び端部前面部とともに一体に鋳造して一体鋳造部を構成する。さすれば、中央前面部の中央主要領域は正面視で単純な矩形状となり、板金としての曲げ加工も容易にできるばかりでなく、中央前面部と一体鋳造部の前記分割端部との突合せ端面間の溶接が容易に行えるようになる。
【００３５】
更に、前記一体鋳造部の背面支持部に、作業機械の本体に一端部を枢支した左右のアーム及びシリンダーロッドなどの各他端部を枢着するブラケットを一体に鋳造することにより、従来のごとく背面支持部材へのブラケットの溶接が不要となるばかりでなく、必要なブラケット強度も得やすくなる。このとき、前記ブラケットを設ける背面支持部とブラケットとの間を連続する中実構造にて鋳造するとともに、他の背面支持部を中空構造とすれば、必要な剛性と強度が容易に確保されるようになると同時に、軽量化をも達成できる。
【００３６】
また本発明にあって、前記中央前面部下端のブレード幅を左右の走行装置間の内幅より大きく設定するのは、前進走行による整地作業を行う場合に、走行装置の走行跡の無い地面の整地が求められる最小限必要な幅だからである。特に、中央前面部下端のブレード中央前面幅を左右の走行装置の中心間距離であるゲージ幅に等しくすると掘削・運土・整地機能上、最も優れたバランスが得られる。
【００３７】
一般に、上述の作業機械の主な作業としては掘削、運土、整地などの作業があり、これらの機械には、異なる作業が行えるような機能をもつブレードを装備することが肝要である。本発明のブレードは、掘削・運土とともに整地機能を有している。
通常、この種の整地作業には、地盤を掘削しながら地面を均すと同時に前方へと運び、その途中にて穴地を埋めることと、均整に地均しすることの２点が要求される。本発明にあって、前記中央前面部のブレード幅を広くすると、いわゆる地均し機能は増大する。一方、本発明にあっては、上面視で前記中央前面部が左右の上記連結前面部及び端部前面部よりも前方に張り出していることが多い。本発明における前記連結前面部及び端部前面部も整地機能を備えてはいるものの、その機能の大半は前記中央前面部に依存するところが大きい。そこで、本発明にあっても前記中央前面部におけるブレード幅を拡げることは可能である。
【００３８】
ところで、上記特許文献６では、端部前面部の第３切刃の先端が上面視で中央前面部の下端の延長線よりも後方に存在することを特徴的構成としているが、本発明にあっては上述のように、連結前面部及び端部前面部の交差線と、前記第２及び第３切刃の刃先同士の交点とが、上面視で中央前面部の第１切刃の刃先よりも後方位置にあることを規定している。従って、本発明にあっては端部前面部の第３切刃の先端は中央前面部の第１切刃の延長線よりも後方に存在するとは限らず、同延長線よりも前方に張り出すことも含んでいる。これは、実施に当たっては、設計上の事情から前記第３切刃の先端が第１切刃の前方に僅かに張り出すこともあるためである。その場合には、第３切刃の先端が第１切刃に先行して掘削することになるが、その張出し量は極めて少ないため、前記端部前面部の第３切刃全体としての実質的な掘削力は前記第１切刃の掘削力よりも小さくて済み、その張出しによる影響はない。
【００３９】
従って、本発明にあっては前記端部前面部の第３切刃の先端が前記第１切刃の刃先の延長線上の近傍に配するかぎり、特許文献６のブレードと同様に、第１切刃が第３切刃とほぼ同時に土砂を掘削して、前記端部前面部の切刃によって掘削される土と前記中央前面部の第１切刃により掘削される土とを連結前面部を介して円滑に合流させて、運土量を大幅に増大させることができるようになる。また本発明にあって、中央前面部のブレード幅を拡げれば拡げるほど、上面視で連結前面部及び端部前面部の占める幅を狭くしなければならなくなる。
【００４０】
この連結前面部及び端部前面部の占める幅を狭くし、且つ掘削抵抗や運土抵抗などの抵抗力を小さくして運土量を大幅に増大させようとするには、連結前面部及び端部前面部の下端に沿った長さが一定であることが好ましい。すなわち、中央前面部のブレード幅を広くするとともに、連結前面部及び端部前面部の下端に沿った長さを所要長確保するには、上面視で連結前面部と端部前面部との交差する角度を小さくしなければならなくなる。その結果、必然的に中央前面部の切刃位置とブレードを支持するストレートフレームのブレード背面の支持点との間の距離を広げなければならなくなる。換言すると、ブレードの奥行きが大きくなる。
【００４１】
このように中央前面部の切刃位置とブレードを支持するストレートフレームの支持点との間の距離が増大すると、掘削時における地表の凹凸面の影響を大きく受けるようになり、車両が前後でピッチング動作を起こしやすく、結果的にブレードが上下に大きく揺動し、中央前面部による安定した掘削ができなくなり、掘削面が凹凸面となりやすく、均整に均すことができなくなる。これらを考慮するとき、上述のように上面視で前記中央前面部のブレード幅は連結前面部及び端部前面部のブレード幅を考慮して決める必要がでてくる。本発明では、前記中央前面部のブレード幅を左右の走行装置の中心間の距離であるゲージ幅に略等しく設定することにより、前記中央前面部の第１切刃の刃幅あたりの実効掘削力が増大して効率的な掘削と運土を可能にすると同時に均整な地均しを可能にする。
【００４２】
一方、上記国際公開された特許文献７のブレードについて見ると、この点でも本発明とその構成が大きく異なっていることが理解できる。すなわち、上記公報により開示されているブレードにあっては、上記中央突設部における有効幅を圧縮装置である左右の車輪間距離、換言すると左右の車輪の対向面間の距離に略等しいとされている。これは、この中央突設部の機能が左右の車輪間に形成される空間部に大量のゴミが入り込まないようにするがため、当然の構造である。
【００４３】
さて、本発明のブレードにおける好適な一態様としては、左右の前記連結前面部が、前記中央前面部に連続して後方向に所定の角度をもって拡開して配され、下端に第２切刃を有しており、左右の前記端部前面部が、前記連結前面部に連続して前方向に所定の角度をもって拡開して配され、下端に第３切刃を有している。この点においても上記特許文献５に開示されたブレードと異なっている。
【００４４】
前記第２切刃と前記第３切刃とはＶ字状又はＵ字状に連続する形状を採用することができる。特に、粘度の高い土質の場合に、第２切刃と前記第３切刃ととをＶ字状に連結すると、掘削土が連結前面部と前記端部前面部との切換え部分に固着して塊りとなることが多いため、その切換え領域をＵ字状のごとく湾曲面とする。
【００４５】
また前記連結前面部と前記端部前面部とを前記第２切刃と前記第３切刃と同様のＶ字状又はＵ字状に連続していることが好ましく、同時に前記連結前面部と前記端部前面部とを中央前面部に対して後方に屈曲させて配することにより、掘削・運土中の土をブレードの側端部から外部に流れ出ないように確実に保持する機能を有するようになる。特に、前記連結前面部は、掘削・運土時に前記端部前面部及び前記中央前面部の双方から移動してくる土を円滑に合流させ、その土を前記連結前面部と前記端部前面部の各ブレード前面に沿って盛り上げて抱え込む。このため、土量の損失を減らすと同時に、前記端部前面部から前記中央前面部に向けて流れ込もうとする土の抵抗を小さくして前記中央前面部のブレード前面に堆積される土量を既述したように大幅に増大することができる。
【００４６】
ところで、この種の自走式作業機械は車体の前部中央部にエンジンルームが配されていることが多く、オペレータは同エンジンルームの後方にて各種の操作杆を操作する。そのため、オペレータの視界はエンジンルームにより遮られて、ブレードの中央前面部に堆積された掘削土量を目視にて直接確認することができない。
【００４７】
一方で本発明にあっても、前記ブレードを最大の掘削性能を発揮するときの姿勢、通常はブレードを掘削角をもって地表に接地したときの正面視で、中央前面部、左右の連結前面部及び左右の端部前面部の切刃の刃先を同一直線上となるように配した場合には、左右に配された前記連結前面部と端部前面部との間に堆積される土量を確認することができるに過ぎない。ところが、中央前面部に堆積される土量は、上述のように連結前面部及び端部前面部との間に堆積される土量も加わって中央前面部に堆積される土量の増加をもたらす。従って、オペレータにより連結前面部と端部前面部との間に堆積される堆積土が斜め上方から確認できるようになった時点では、中央前面部に堆積される土量は所定量を越えていることが多くなり、ブレード操作の煩雑性を増加させる。
【００４８】
そこで本発明の好適な実施態様によれば、前記ブレードが最大の掘削性能を発揮するときの姿勢、通常はブレードを刃先掘削角をもって地表に接地したときの正面視で、左右の前記第２切刃を中央の第１切刃に対してそれぞれ僅かに下傾斜させて配すとともに、前記第３切刃を前記第２切刃に対して僅かに上傾斜して配するようにする。
【００４９】
このような構成を採用することにより、第２切刃と第３切刃との切り換え部分が通常姿勢にて地中へと入り込むことになり、掘削時には第２切刃と第３切刃との間で従来以上の掘削量が得られる。これにより、連結前面部と端部前面部との間に堆積される土量が増加して、中央前面部における土の堆積量に追随するようになる。その結果、仮にオペレータには中央前面部に堆積された土量が目視で確認することができない場合であっても、左右の連結前面部及び端部前面部との間に堆積される土量を目視で確認することにより、中央前面部における適正な堆積土量を把握することができ、円滑なブレード操作を行い得るようになる。
【００５０】
本発明のブレードは、前記中央前面部、前記連結前面部、前記端部前面部を独立して形成し、各前面部同士を溶接により連続して形成することができるが、ブレードの大きさや厚みなどを適当に設定することにより、記述したとおり、各前面部を鋳造などにより一体に成形することができる。更に本発明は、前記端部前面部の外側端面から左右両側端縁を越えて掘削方向に延設される左右壁部を備えさせることができ、その場合には、背面部の支持体とが相まって左右端部の強度や剛性を高めることができ、簡単な構造をもってブレードの前面部の掘削・運土中の土を確実に保持する機能を効果的に発揮させることができる。
【００５１】
さらに本発明は、前記端部前面部下端の切刃の幅は、既述したとおり、連結前面部の切刃の幅との間で相対的に決まるため一律には決めがたいが、前記中央前面部下端の切刃にの幅よりも小さく、前記連結前面部下端の切刃の幅とほぼ等しく設定することが好ましい。各前面部の幅を前記寸法関係に設定すると、前記連結前面部及び前記端部前面部の各ブレード前面に沿って盛り上げて抱え込む土量を最適にすることができ、前記中央前面部に対する土の抵抗を小さくすることができるため好ましい。しかし掘削効率を考慮すると、既述したとおり、連結前面部の第２切刃と端部前面部の第３切刃との交点までの後退量Ｗｔ及び中央前面部の第１切刃と連結前面部の第２切刃との間の後方への屈曲角δの制約を受けるため、連結前面部及び端部前面部の各ブレード幅に差を設けざるを得ない場合が多い。
【００５２】
本発明にあっては、前記中央前面部、前記連結前面部及び前記端部前面部の各ブレード前面を、一般の切刃と同様に、前記各切刃の前面よりも後傾させてもよいが、あまり後傾を大きくすると、排土に当たってブレード上の運土が後方からこぼれる量が増える。そのため、ブレード下端の前面の延長上に各切刃の前面を設けて、後傾斜姿勢を立ち上がるようにすることが考えられる。ブレードの全体を後傾させると、ブレードにより抱え込まれる堆積土の前面における傾斜角度、すなわち安息角を一定とすると、地面上に堆積される土の地面に対する接地長さを減少させることができ、逆にブレード前面上に大きな土量を積載することができるようになる。そこで、各ブレード下端の前面の延長上に各切刃の前面を設ける場合にも、ブレード自体の湾曲面全体を後傾させる工夫が要る。その結果、運土抵抗などを大幅に低減させことができるようになり、牽引力あたりの消費馬力を大幅に低減することができ、良好な低燃費性能が得られる。
【００５３】
前記各切刃の前面と地面とのなす刃先角と、各前面部のブレード下端面延長線及び地表間の角度（掘削角）との差である後退角を０°以上１５°以下の範囲内に設定することが好ましい。後退角を０°以上に設定すると、ブレードによる土の抱え込み量を増加させることができる。後退角が１５°を越えると、ブレードに抱え込まれた土の排土が困難になる可能性がある。前記切刃を各ブレード前面の延長上に設けると、つまり後退角を０°としたときは、刃先角を変えることなく、ブレード前面の上下にわたる湾曲面の曲率半径を従来よりも大きくする。このような湾曲面を形成することにより、掘削時の掘削効率を変えることなく、同時に排土時の運土の滑落が円滑となり、またブレード前面上に大きな土量を積載できるようになる。また本発明によれば、各前面部のブレード前面上に土を大量に積載することができるため、車体前後における接地圧のバランスが良好に得られ、シュースリップなどのパワーロスが少なく高い牽引力が得られる。また、ブレードの各前面部のブレード前面上に堆積した土が各前面部の上端を越えて後方にこぼれ出ることを防止することができる。
【００５４】
本発明は、前記中央前面部と前記端部前面部との各切刃の延長線上で交差する交差角が０°〜２５°に設定される。特にサイドカット機能を重視する場合には、１８°〜２５°の範囲内に設定されることが望ましい。この交差角θが１８°〜２５°であれば、前記連結前面部及び前記端部前面部との各ブレード前面上に積載されるのに最適な土量を確保することができ、前記端部前面部から前記連結前面部に向けて移動する土の抵抗を小さくすることができ、１８°より小さいとサイドカット機能が失われる。しかし端部前面部の機能は、既述したとおり、単にサイドカット機能に限らず、例えば端部前面部の第３切刃に整地機能が欲しい場合には、前記交差角θを限りなく０°に近づけてもよい。さらに本発明は、各切刃の刃先が地面上にあるときの前面と地面との間の刃先角を４０°〜５５°にすると、最少の掘削・運土エネルギー量や最大の土量が効果的に得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５５】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて具体的に説明する。本発明のブレード装置は、各種の作業機械に装備される作業用アタッチメントとして使用できる。本発明に適用される作業機械として、例えば建設・土木機械が挙げられる。本実施形態では、建設・土木機械として図示せぬブルドーザを例に挙げて説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばショベル、バックホー、モータグレーダなどの建設・土木車両などが含まれる。
【００５６】
本発明の代表的な構造例によるブレード装置１０は、図１〜図５に示すように、上下に凹み状に湾曲する湾曲形状とされたブレード１１を備えている。本実施形態では、好ましい態様の一つである、一部に一体鋳造構造を備え、他の部分に板金構造を採用している。なお本発明は、上記特許文献６により提案されたブレード全体が板金製の場合をも当然に含むものである。
【００５７】
本発明のブレード装置１０の前面部は、上記特許文献６に開示されたブレード装置前面部の基本形状に基づいているため、その基本形状に基づく具体的な作用効果は、既述したとおり、同文献６に記載された作用効果と同等である。従って、それらの作用効果についての説明は簡単な説明に止め、本発明が備える特有な構造とそれに対応する特有の作用効果を中心に詳しく説明する。本発明に係るブレード装置１０のブレード１１は、図１に示す基本構造を備えている。すなわち、同ブレード１１は、前面が上下に凹状に湾曲する湾曲面とされている。同ブレード１１は、下端に直線状の第１切刃１５を有する中央前面部１２と、同第１切刃１５に連続して後方向に所定の後方屈曲角δをもって拡開して延びる第２切刃１６を有する左右一対の連結前面部１３と、同第２切刃１６の外側端に連続して結合され、第１切刃１５の延長線と所定の交差角θをもって拡開しながら前方向に延びる直線状の第３切刃１７を有する左右一対の端部前面部１４とにより構成されている。
【００５８】
本発明のブレード装置１０にあって、図５に示すように、上面視で前記端部前面部１４の第３刃先１７の先端を中央前面部１２の側縁及び第１切刃１５のほぼ延長線上に配しているが、同延長線より後退させても、或いは前記延長線より前方に僅かに張り出させるようにしてもよい。要は、中央前面部１２の左右側縁に連続して連結前面部１３を後方に拡開しながら屈曲して延設するとともに、左右の連結前面部１３の各外側の側縁部から前方に拡開しながら屈曲して連設されていればよい。ただし、前記連結前面部１３及び端部前面部１４の交差線と第２切刃１６及び第３切刃１７の交点Ｃとは、中央前面部１２の左右側縁及び第１切刃１５よりも後方位置になければならない。
【００５９】
ここで、本実施形態にあって前記特許文献６と異なる点は、本実施形態が前記中央前面部１２の左右両端領域Ｂ、前記連結前面部１３及び前記端部前面部１４が各背面部をも含めて鋳造一体化されている点であり、また前記中央前面部１２の中央主要領域Ａは前面板１０６と後述する背面支持部材１０７とが別個に形成され、これを溶接により一体化して構成している点である。ここで、本実施形態による中央前面部１２の前記前面板１０６の少なくとも中央主要領域Ａは圧延鋼からなる板金製であり、この前面板１０６に対応する背面支持部材１０７には、一部に板金を使い、強度が必要な部分には他の一体鋳造された部分とは別に鋳造される背面支持部材専用の鋳造品が使われている。また、本実施形態では、鋳造部分をも含めて前記中央前面部の上端縁に沿って台形状の板金材１８が溶接等により延設されている。この板金材１８の左右三角部分は複数本の格子をもつ格子部１８ａをとされている。この板金材１８は、ブレードにより掘削された土をブレード面に保持するための補助的役割を担い、格子部１８ａは作業用車両のオペレータからブレードの左右両端部方向の視界を確保するために設けられている。
【００６０】
ところで、上述のごとき特異な形状を有する上記特許文献６に記載されているブレード装置は全てが板金を溶接することにより組み立てている。これを組み立てるには溶接する部品点数が極めて多くなるだけでなく、既述したとおり、その特異な形状により極めて高精度の位置合わせと高い溶接技術とが要求される。更には、連結前面部と端部前面部との屈曲境界部に格別に補強リブなどを設けなければならず、同時に支持部材自体の剛性と強度を高めるため板金の肉厚を厚くしなければならず、そのため重量が大きくなってしまう。しかし、小容量のブレードであったり、汎用性のあるブレード容量ではなく、特注品であるような場合には、必ずしも本実施形態のように鋳造品を併用する必要はない。
【００６１】
本実施形態では、正面視で略逆台形の全体形状をもつ中央前面部１２を、図１及び図２に示すように、中央主要領域Ａの矩形分割中央部１２ａと、その左右両端領域Ｂである略逆三角形の分割端部１２ｂとに３分割している。この分割端部１２ｂには後方に後述するような所要の後方屈曲角δをもって後方にＶ字状又はＵ字状に拡開させて連結前面部１３が連結され、更に同連結前面部１３には中央前面部１２の下端刃先の延長線と所要の交差角θをもって前方にＶ字状又はＵ字状に拡開させて端部前面部１４が連結されている。このとき、前記中央前面部１２、連結前面部１３及び端部前面部１４の前面は、その全面又は一部全面が上下方向に同じ曲率をもって凹み状に湾曲している。
【００６２】
本実施形態では、既述したとおり、前面に左右の屈曲面と上下の湾曲面とを有する中央前面部１２の前記分割端部１２ｂ、連結前面部１２、端部前面部１４を、背面支持部１０７をも含めて一体鋳造して一体鋳造部１０１を構成している。一方、上記中央前面部１２の矩形分割中央部１２ａは、その主要構成部材である前面板１０６を板金からなる板金部１０５によって構成する。
【００６３】
前記矩形分割中央部１２ａは、前記前面板１０６と後述する背面支持部材１０７とを備えている。前面板１０６は、図２に示す正面視において、横長の矩形状を呈しており、上述のように略逆台形の形状を有する中央前面部１２の上部の両端部から下部に向けて垂直に切断したときの中央矩形部分、すなわち矩形分割中央部１２ａの前面を構成する板材である。その切断された残りの部分である両端逆三角形部分が上記連結前面部１３及び端部前面部１４とともに、それらの背面支持部をも含めて一体に鋳造されて分割端部１２ｂを構成する。本明細書では、板金で構成される前記中央前面部１２における前記前面板１０６、その上端縁に延設された上記板金材１８及びその背面支持部材１０７を含む領域を板金部１０５と呼び、同板金部１０５を除く他のブレード部の後述する背面支持部１０３をも含めた一体鋳造される領域を一体鋳造部１０１と呼んでいる。前述のように中央前面部１２を矩形分割中央部１２ａと三角形分割端部１２ｂとに垂直線を介して三分割すると、矩形分割中央部１２ａと三角形分割端部１２ｂとの前面は滑らかに連続する湾曲面に形成されることとなり、同時にその結合線は正面視で湾曲面に沿った直線状となるため、組立工程における溶接を、人手に頼らない溶接ロボットを使った自動溶接が可能となる。
【００６４】
図４及び図５は、本実施形態による前記ブレード装置１０をブルドーザ１に装備したときの概略構成を示している。ブレード装置１０はブルドーザ１の前部に配され、基端が履帯式走行装置２の中央部に枢支され前方に延出する一対のリフトフレーム３、基端が同リフトフレーム３の中央部に枢支され前方に延出する（油圧）チルトシリンダー４、運転席前部に配されるエンジンルーム５の側壁部にシリンダー本体の一端が枢支された（油圧）リフトシリンダー６、及び前記リフトフレーム３に基端が枢支され上面視で前記ブレード１１の背面中央部へと斜めに延びるストラットアーム７の各前端部が枢着される。そのため、通常はブレードの背面支持部材にはリフトフレーム等を支承するためのブラケットが溶接により後方に突設されている。本実施形態にあっては、図１１及び図１２に示すように前記ブレード１１の左右一対の一体鋳造部１０１にあって、その背面部１０３の外側下端隅部から後方に前記リフトフレーム３の前端部を支承する左右の第１ブラケット２５ａがそれぞれ一体に鋳造されて突出しており、また前記背面部１０３の前記ブラケット２５ａの上方部位には上記（油圧）チルトシリンダー４の前端部を支承する第２のブラケット２５ｂが一体に鋳造されて後方に突出している。
【００６５】
本実施形態における前記連結前面部１３の前面は、中央前面部１２とは逆に上端から下方向に向けて漸次幅広に形成された略三角形状又は台形形状を呈しており、前述のごとく図２に示す正面視において、その一側縁が前記中央前面部１２の連結側端縁と同一方向に湾曲して延びている。また、前記端部前面部１４の前面は、正面視で上端から下方に向けて同一幅であり、中央前面部１２及び連結前面部１３と同じ曲率をもつ凹み状に湾曲した縦長の略矩形状に形成されている。ここで本実施形態にあっては、前記中央前面部１２の下端の延長線は、端部前面部１４の先端位置とほぼ一致している。ブレード１１の全体形状は、正面視で左右幅の長い矩形状を呈する。これらの前面部１２，１３，１４の前面同士は、図１に示すように、それぞれが左右の水平方向に大きく広がるＶ字状に結合されている。図示例ではＶ字状を示しているが、この形状に必ずしも限定されるものではなく、例えば開口端が大きく開いたＵ字状としてもよい。ここで正面視とは、図４に示すような地面に対する刃先角α（本実施形態では掘削角βに等しい。）を掘削効率の高い角度にて切刃を接地させたときの正面視をいう。
【００６６】
前記掘削効率は、前述のごとく刃先角αによっても変わってくるが、本発明者の試験によると、中央前面部１２の下端ブレード幅Ｗ１、上記第１切刃１５に対する第２切刃１６の後方屈曲角δ、及び第１切刃１５の延長線と同延長線の後方で交差する連結前面部１３と端部前面部１４の各刃先の交点Ｃとの間の間隔（以下、後退量という。）Ｗｔが大きく影響することが分かっている。
【００６７】
図６は、その試験による結果を示しており、ブレード容量により決まる前記中央前面部１２の下端のブレード幅Ｗ１の変化に対応する掘削効率は、前記第１切刃１５に対する前記第２切刃１６の後方に屈曲する後方屈曲角δと、前記第１切刃１５の延長線と前記第２及び第３切刃の刃先１６，１７同士の前記交点Ｃとの間の後退量Ｗｔとの相関で決まってくることを示している。ただし、この図６は、本発明のブレード装置に最も近い形状をもつセミＵ型ブレードを基準としているが、他の機種についても実効上は同様の相関があるといえる。
【００６８】
同図の横軸は、前記ブレード幅Ｗ１を車体のゲージ幅（ブルドーザにおいては、左右履帯中心間長さ）を１０（無単位）とし、これを基準として、その長さの変化を示している。また、同図の縦軸は掘削効率の変化を示しており、前記ゲージ幅に適用されるセミＵ型ブレードの掘削効率を１００％として、本発明によるブレード全幅とセミＵ型ブレード幅が等しいとした同じブレード容量をもつ本発明のブレードによる掘削効率（％）の変化を示している。同図において、一点鎖線で示す曲線群は、上記後方屈曲角δを変更させたときのブレード容量（ブレード幅Ｗ１）の変化に応じた掘削効率の変化を示している。一方、破線で示す直線群は、上記上記第１切刃１５の延長線と前記第２及び第３切刃の刃先１６，１７同士の前記交点Ｃとの間の後退量Ｗｔを変更したときのブレード容量（ブレード幅Ｗ１）の変化に応じた掘削効率の変化を示している。ここで、Ｗｔは無単位の係数であり、これに換算係数を掛けた値が実値となる。なお、ゲージ幅以外の車体側又は、ブレード装置から決まる数値を換算係数とすることは、一向に差しつかえない。
【００６９】
図６によれば、所望のブレード容量により決まる中央前面部１２のブレード幅Ｗ１をもつ本発明のブレード装置１０を設計するにあたって、ブレード幅Ｗ１を通る縦軸線上において一点鎖線の直線群と破線の直線群とが交わるときの各直線に対応する後方屈曲角δ及び後退量Ｗｔを採用すれば、所望の掘削効率が得られることになる。これを同図に基づいて、中央前面部１２のブレード幅Ｗ１を１０（横軸の中央部）としたときの、例えば同一の全ブレード幅をもつセミＵ型ブレードを越える掘削効率が実現されるためには、上記後方屈曲角δをほぼ１６．２°とし、上記後退量Ｗｔを０．６３とすると、セミＵ型ブレードと同等の掘削効率が得られる。
【００７０】
すなわち、中央前面部１２のブレード幅Ｗ１が１０であるときには、後方屈曲角δを１６°、後退量Ｗｔを０．６５とすれば、同一ブレード容量のセミＵ型ブレードと同等の掘削効率が確保され、この後方屈曲角δを１６°より大きく、後退量Ｗｔを０．６５よりも大きく設定するとともに、この後方屈曲角δが１６°以上の各一点鎖線と、後退量Ｗｔが０．６５以上の各破線とが、ブレード幅Ｗ１を通る縦軸線上で交差する点の後方屈曲角δ及び後退量Ｗｔとして設定すれば、前記一点鎖線と破線との交点に見合ったセミＵ型ブレードを越える掘削効率が実現できるようになる。つまり、既述した式
Ｗｔ＞０．６５×（Ｗ１／１０）    ………（Ｉ）
１４°＜δ＜３０°                ………（ＩＩ）
を同時に満足すれば、最も効率的で且つ押し回し時の落土が少ないブレード形状が得られる。因みに、図示例にあってはブレード幅Ｗ１を基準値の１０としたとき、後方屈曲角δを２０°、後退量Ｗｔを０．８（同図の◆印）に設定すると、掘削効率は１２２％となり大幅に増加する。
【００７１】
しかしながら、この図６の相関図だけでは後方屈曲角δ及び後退量Ｗｔの上限が確定できない。ところで、他の試験によると、旋回走行による押し回しを行うと旋回半径にもよるが数十秒のうちにブレード１の前面に積載された運土が連結前面部１３を介して端部前面部１４から流れ落ち、瞬時にして積土が零になる。その原因を追求したところ、上記後方屈曲角δが大きな原因の一つであることが判明した。すなわち、この後方屈曲角δを３０°以上に設定すると運土の滑落が発生する。そこで、本発明にあっては、前記後退量Ｗｔの値をブレード容量によって予め決まる中央前面部１２の下端のブレード幅Ｗ１に０．６５／１０を掛けた値よりも大きく且つ１６°以上３０°以下の範囲内にて掘削効率が最も高くなる上記後方屈曲角δを、予め作成された相関図から求める。
【００７２】
一方、本発明に係るブレード装置１０にあって、全体ブレード幅Ｗはブレード容量により、中央前面部１２のブレード幅Ｗ１は車体寸法より決定することができるため、交差して後退位置にある上記連結前面部１３の前端と端部前面部１４の前端とを結ぶ直線距離も決まってくる。しかるに、上記連結前面部１３の前端と端部前面部１４の前端とを結ぶ直線距離は決まるものの、前記連結前面部１３及び端部前面部１４の下端の各ブレード幅Ｗ２，Ｗ３のいずれを長くするかは交差角θをパラメータに加えて決定すればよい。図７（ａ）〜（ｃ）に示すように、例えば中央前面部１２の刃先の延長線と、連結前面部１３及び端部前面部の刃先同士の交点Ｃとの間隔、即ち後退量Ｗｔと、連結前面部の前端と端部前面部１４の前端とを結ぶ直線距離Ｗ４とを一定としたとき、最も掘削効率が高く且つ旋回押し回し時の落土量を少なくできる上記後方屈曲角δ及び交差角θを変更したときの連結前面部１３及び端部前面部１４の下端における各ブレード幅Ｗ２及びＷ３の長さ割合の変化を示している。
【００７３】
同図（ｃ）において、端部前面部１４の第３切刃１７のブレード幅方向の長さが、連結前面部１３の第２刃先１６のそれよりも長い場合はサイドカット量が大きく、且つ端部前面部１４から側方へと流れ出る土量も少なくなる。また、反対に連結前面部１３の第２刃先１６のブレード幅方向の長さが、端部前面部１４の第３刃先１７のそれよりも短い場合（同図（ａ））はサイドカット量が少なくなり、端部前面部１４から側方へと排出される土量も大きくなる。理想的な態様は、同図（ｂ）に示すように、中央前面部１２による運土量と、端部前面部１４及び連結前面部１３による運土量とのバランスが取れる形状であり、一例として連結前面部１３及び端部前面部１４の下端ブレード幅Ｗ２，Ｗ３の値が等しいときである。このように、連結前面部１３及び端部前面部１４の下端ブレード幅Ｗ２，Ｗ３の長さの間にはいずれを長くすればよいとの制約は、上記後退量Ｗｔ、後方屈曲角δ及び交差角θの３パラメータに基づき、端部前面部１４に要求される機能と運土の抱え込み機能とのバランスを考慮して決めることになる。
【００７４】
図８〜図１０は、上記ブレード１１の図１におけるIIX-IIX 線〜X-X 線に沿った矢視断面図である。これらの図からも理解できるとおり、本実施形態によるブレード１１の前面は、全体が中央前面部１２の下端縁を中心線として後傾した上下の間で後方に凹む湾曲面に形成され、同時にその中央前面部１２の前面のブレード幅は、Ｗ１−１＜Ｗ１−２＜Ｗ１−３のように下端縁から上端縁にかけて徐々に拡幅されている。このように中央前面部１２を上方に向けてブレード幅を漸次増大させると、中央前面部１２、左右の連結前面部１３及び左右の端部前面部１４の第１〜第３切刃１５〜１７により掘削された土は、各湾曲面及び屈曲線を通って中央前面部１２を上方へと順次押し上げる。このとき、中央前面部１２は上方に行くに従い、その懐ろが徐々に広くなっているため、運土を多く受け入れることが可能となり、単なる矩形状の前面部と比較すると湾曲面であることも手伝って大量の運土を保持できるようになる。
【００７５】
図１１及び図１２は、左右一対の前記一体鋳造部１０１の全体形状を示している。同図からも理解できるように、前記一体鋳造部１０１は左右が面対称となる形状に形成されている。本実施形態による一体鋳造部１０１は、前面側に上記前面板部１０２を有するとともに、その背面側に背面部１０３と上記第１及び第２のブラケット２５ａ，２５ｂとを有している。前記前面板部１０２は全体にわたって同一の板厚に形成されている。ただし、この前面板部１０２にあって、中央前面部１２の端部三角形部分１２ｂ（図１参照）と、連結前面部１３と、端部前面部１４との各屈曲結合部分の上端縁部だけは他の部分よりも板厚を厚くして剛性と強度を増している（図１１〜図１５参照）。
【００７６】
一方、前記一体鋳造部１０１の前記背面支持部１０５には、図１１及び図１２に示すように、上部の中央寄りと下端部に、背面視でそれぞれ左右に長い矩形筒状の第１及び第２の背面支持部１０３ａ，１０３ｂを後方に向けて突出させている。これらの背面支持部１０３ａ，１０３ｂの間は補強柱などにより補強され、その内部は軽量化のため左右に連通する空洞部とされている。その空洞部の縦断面形状は前記前面板部１０２の屈曲結合部に合わせて変化させており、特に上記第１ブラケット２５ａの鋳造位置では剛性と強度を確保するため同空洞部断面を最も小さくしている。
【００７７】
すなわち、図１３は図２のXIII-XIII 線に沿った矢視断面図であるが、この断面図は上記連結前面部１３及び端部前面部１４の各前面板部１０２における屈曲線に沿った空洞部断面を示している。また、図１４は図３のXIV-XIV 線に沿った矢視断面図であって、正面視で右側端部に形成された左右一対の第１ブラケット２５ａの中間部を通る垂直線に沿った断面を示している。図１５は、同じく図３のXV-XV 線に沿った矢視断面図であり、一体鋳造部１０１と板金部１０５との境界線に近い鋳造部断面を示している。
【００７８】
これらの図からも理解できるように、前記空洞部は、連結前面部１３と端部前面部１４との境界部分で、前面板部１０２と背面支持部１０３ａ，１０３ｂとの下端部間の間隔が最も狭くなり（図１３）、前記前面板部１０２の下端部が最も前方へと張り出している中央前面部１２の左右分割端部１２ｂ，１２ｂの各前面板部１０２と背面支持部１０３ａ，１０３ｂとの下端部間の間隔が最も広くなっている（図１５）。また、左右の前記一体鋳造部１０１の各外側端面は、筒状の背面支持部１０３ａ，１０３ｂの端部の剛性と強度を確保するため、図１６に示すように、外側に配される第１ブラケット２５ａの軸孔２５ａ’と、“へ”字状の開口１０３ｂ’と、その上方に矩形状の開口１０３ａ’を形成して、他の部分を全て所要の肉厚をもって閉塞させている。
【００７９】
一方、上記板金部１０５は中央前面部１２の矩形分割中央部１２ａからなり、図２及び図３、並びに図１７〜図２０に示すとおり、一枚の板金から得られる前面板１０６と、同前面板１０６の背面に溶接により一体化される板金及び鋳造品からなる背面支持部材１０７とを備えている。この背面支持部材１０７は、図３に示すブレード装置１０の背面視において、同ブレード装置１０の上端縁から上記一体鋳造部１０１の上部に形成された筒状の第１背面支持部１０３ａの上端縁まで、傾斜して溶接される偏平な台形状の板金からなる第１板金部１０７ａと、左右一対の前記一体鋳造部１０１の筒状の各上部背面支持部１０３ａの間を前記中央前面部１２の中央矩形部分を挟んで溶接により連結する第２背面支持部材１０７ｂと、前記第１背面支持部１０３ａと同第１背面支持部１０３ａの下方に配される第２背面支持部１０３ｂとの間の空間部をブレード１１の左右端にわたって溶接により閉塞する板金からなる第３背面支持部材１０７ｃと、左右の前記筒状の各第２背面支持部１０３ｂとの間を溶接により連結する第４背面支持部材１０７ｄとから構成される。
【００８０】
ここで、前記第１及び第３の背面支持部材１０７ａ，１０７ｃが板金製であり、第１及び第３背面支持部材１０７ａ，１０７ｃと前面板１０６との間には、図示せぬ複数の補強リブが介装されている。前記第２背面支持部材１０７ｂは左右に細長い断面がコ字状の単一の鋳造品からなり、前記第４背面支持部材１０７ｄは、図１７〜図２０に示すように、左側分割部材１０７ｄ−２、中央分割部材１０７ｄ−１、右側分割部材１０７ｄ−３に三分割された鋳造品からなる。前記中央分割部材１０７ｄ−１は断面コ字状のブロック体からなり、図１７及び図１８に示すとおり、中央部に上記ストラットアーム７の一端を支承する第４のブラケット２５ｄを後方に突出させて一体に鋳造しており、その内壁面間には複数個の補強リブ１０７ｄ−１’が同時に鋳造されている。前記左右に配される端部分割部材１０７ｄ−２，１０７ｄ−３も、前記中央分割部材１０７ｄ−１と同様に内壁面間に複数の補強リブ１０７ｄ−２’，１０７ｄ−３’を有する断面コ字状のブロック体からなる。
【００８１】
さて、以上の構成部材からなる本実施形態のブレード装置１０は、次のようにして組み立てられる。
先ず、上記左右一対の一体鋳造部１０１，１０１の前面板部の内側端面と、中央前面部１２の矩形状前面板１０６の左右両端面とを突き合わせて、溶接により３者を一体化する。このときの溶接線は正面視で垂直線上にあるため、各部材の位置決めがなされると、溶接ロボットにより容易に溶接が可能である。この溶接の前に、前記一体鋳造部１０１の外側端面には、同外側端面の湾曲する前端縁よりも前方に延在する前後幅をもつ側板１０８がそれぞれ添着一体化されている。この側板１０８は、運土を抱え込んでブレード側部からの落下を防ぐとともに、端部前面部１４を補強する機能をも有している。
【００８２】
こうして製作されたブレード１１の背面に各種の上記背面支持部材１０７が順次溶接により一体に組み立てられる。この組立が終了したのち、上記第３背面支持部材１０７ｃと第４背面支持部材１０７ｄの上記左右の分割部材１０７ｄ−１，１０７ｄ−３とに跨がって、図３及び図４に示す左右一対二組の（油圧）リフトシリンダー６のピストンロッド端を支承するための三日月状の第３ブラケット２５ｃが溶接により固設される。こうして組み立てられた本実施形態によるブレード１１の中央前面部１２，連結前面部１３及び端部前面部１４の各下端に沿って、第１〜第３切刃１５〜１７が従来と同様に固設されて、本発明のブレード装置１０が完成する。前記第１切刃１５は中央前面部１２の下端に沿って平らな直線形状をなしている。そのため、掘削、運土及び整地の各作業ごとにブレード１１を交換することなく掘削・運土作業・地均し作業に効果的に使用することができるようになり、各作業を円滑に且つ能率的に行うことができる。
【００８３】
こうして完成したブレード装置１０は、中央前面部１２の三角形分割端部１２ｂ、連結前面部１３及び端部前面部１４を一体に鋳造した一体鋳造部１０１を、中央前面部１２の矩形分割中央部１２ａでもある板金部１０５の前面板１０６の左右端部に溶接によって一体化するだけで、中央前面部１２の前面板１０６と、同中央前面部１２の端部三角形部分、連結前面部１３及び端部前面部１４とが一気に組み立てられる。このとき、前記三角形分割端部１２ｂ、連結前面部１３及び端部前面部１４は筒状の第１及び第２背面支持部１０３ａ，１０３ｂと第１及び第２のブラケット２５ａ，２５ｂとが一体に鋳造されているため、他の格別な加工や組立が不要となり、溶接ロボットの採用と相まってブレード全体の組立性が向上し、その組立時間も大幅に短縮される。
【００８４】
また、この一体鋳造部１０１にあっては、前面板部１０２と背面部１０３とが最も接近する連結前面部１３と端部前面部１４との屈曲境界部を必要最小限まで接近させるとともに、剛性と強度が要求される部位、特にリフトフレーム３を枢支する第１ブラケット２５ａの鋳造領域では、前面板部１０２と第２背面支持部１０３ｂとを連続する中実構造として鋳造し、他の背面領域の前面板部１０２と背面部１０３ａ，１０３ｂとの間を中空構造とするため、ブレード装置１０の前後幅を必要最小限に抑えることができるだけでなく、重量の低減も実現できる。特に、第１及び第２ブラケット２５ａ，２５ｂが第１及び第２背面支持部１０３ａ，１０３ｂに鋳造一体化されることにより、その基端部を背面部１０３内へと引き込ませるとともに、後方への突出量を少なく設計できるため、ブレード１１の前後奥行きの最大寸法を更に小さくできる。一方、中央前面部１２の板金部１０５の背面支持部材１０７も高い剛性と強度を要求されない領域には板金を使った中空構造を採用するとともに、高い剛性及び強度が要求される領域を鋳造品からなる補強リブ１０７ｄ−１’，１０７ｄ−２’，１０７ｄ−３’を有する中空構造を採用しているため、ブレード全体に要求される剛性と強度を各領域において確保するとともに大幅な小型軽量化が達成できる。以上のとおり、組立性の向上と小型軽量化が達成されるため、製造コストの増加を回避できる。
【００８５】
更に本発明のブレード装置１０によれば、既述したように上記特許文献６と同様のブレード前面形状をもつため、本実施形態にあっても前記連結前面部１３の前面は、掘削・運土時に中央前面部１２及び端部前面部１４の双方の前面から移動してくる土を円滑に合流させる機能を有している。また前記端部前面部１４は、掘削・運土中の土壌をブレード側方から外部にこぼれ出ないように確実に保持する機能を有している。前記連結前面部１３と端部前面部１４は、各ブレード前面に沿って土を盛り上げて抱え込むため、土量の損失を減らすとともに、端部前面部１４から中央前面部１２に向けて流れ込もうとする土の抵抗を小さくして中央前面部１２のブレード前面に堆積される土量を大幅に増大することができる。
【００８６】
第１切刃１５、第２切刃１６及び第３切刃１７は耐磨耗性に優れ、破損しにくい強靱な材料、例えばボロン鋼などから構成されている。上述のような第１切刃１５、第２切刃１６及び第３切刃１７の配置形態は、前記第１切刃１５が第２及び第３切刃１６，１７よりも先行して掘削するようになる。この第１切刃１５による掘削はその周辺の地面を先行して崩すため、前記第２及び第３切刃１６，１７に必要な実質的な掘削力を第１切刃１５の掘削力よりも小さくし、同時に第１切刃１５よりも少量の掘削となる。ブレード１１の下端板部の前記第１〜第３切刃１５〜１７に対応する部位には、図３に示すように、各切刃１５〜１７を補強する複数個の垂直板リブ２６，…，２６が前後方向に延設されており、各垂直板リブ２６，…，２６の前端と切刃１５〜１７の後面とは螺着されている。
【００８７】
各ブレード部１２〜１４において、少なくとも前記中央前面部１２のブレード前面は、第１切刃１５の前面よりも後傾斜している。しかし本実施形態にあって、図２１に示すように、前記第１切刃１５の前面と地面とのなす角度（刃先角）αと前記中央前面部１２のブレード下端面と地面とのなす角度（掘削角）βとの差である後退角γを、上記特許文献６と同様に１０°に設定すると、ブレード全体の後傾が少なくなり、土質によっては排土時にブレードに積載した土が前面にへばりついて滑落しにくくなることがある。そこで本実施形態では、刃先角αを特許文献６に記載された刃先角α、ブレード高さ及びブレード全面の曲率半径を変更せず、前記後退角γを０°としてみた。その結果、図２２に示すようにブレード全体の後傾度が少なくなり、運土量が大幅に減少することが分かった。
【００８８】
図２２は、前述のとおり後退角γを０°として、第１切刃１５を従来と同じ曲率半径Ｒ１をもつ中央前面部１２の前面円弧面の下端の接線方向に延設させたときのブレードの後傾姿勢を示している。一方、図２３は、本実施形態によるブレード１１の姿勢を示しており、図２２と同様に第１切刃１５の後退角γを０°として中央前面部１２の下端に固設しているが、その中央前面部１２の前面円弧面の曲率半径Ｒ２を、図２２に示す円弧面の曲率半径Ｒ１よりも大きく設定している。なお、両図において第１切刃１５の刃先からブレード上端までの高さＨは同一高さとしている。これらの図から理解できるように、刃先角αが同一であっても、図２３に示す円弧面の曲率半径Ｒ２が大きなブレード１１の方が、図２２に示す曲率半径の小さいブレード１１よりも後傾が大きくなっている。その結果、ブレード上の運土量が大幅に増加するとともに、排土時にもブレードの全面から土が円滑に落下し、ブレード全面に土がへばりついて残るようなことがなくなる。
【００８９】
一方、運土作業時のブレード前方の地表に堆積される土と地面との間の滑り抵抗を小さくしようとするには、地表と接触する土の面積を少なくすればよい。図２４に実線と仮想線で示すように、ブレードで運ばれるときの堆積土の前面の傾斜角（安息角）は一定である。地表と接触する土の面積を少なくするには、刃先と地表に堆積される土の先端部との間の距離をＬ２からＬ１となるように、土の先端部を可能な限りブレード装置１０の刃先へと近づけ、同図に実線と仮想線で示す左下がりの傾斜線によるハッチ領域をＳ２からＳ１へと移行させるようにする。図２４は、ブレード姿勢に基づくブレード前方の地表に堆積される土と地面との間の滑り抵抗の変化を模式的に示す説明図である。同図において、実線は本発明によるブレード装置１０の運土姿勢を示し、仮想線は通常のブレードの運土姿勢を示している。ここで、両ブレードの前面湾曲面は同一であり、その刃先角α（＝β）は一定とする。
【００９０】
しかるに、単に地表に堆積される土の先端部を刃先に近づけさせようとすると、地表に堆積される土の前面が常に同一傾斜角をなすことから、刃先角αと後退角γ（＝０°）を一定とすると、ブレード高さは必然的に低くなり、ブレード上に堆積される土の抱え込み量も少なくなる。この抱え込み量を通常と同じ量にするには、ブレード幅が一定であるため、実線と仮想線による右傾斜ハッチで示す領域Ｓ１，Ｓ２を同一とする必要がある。
【００９１】
その結果、運土抵抗を少なくするとともに掘削量及び運土量を通常と同量にするには、図２３に示すように後退角γを０°とするとともに、ブレード全面の曲率半径を、図２２に示す従来の曲率半径Ｒ１よりも大きな曲率半径Ｒ２とすることにより、ブレード装置１０を後傾させる。しかし、刃先角αと掘削角βとの差角である後退角γを通常の後退角γよりも大きい後退角として、ブレード装置１０を後傾させることができる。しかしながら、前記後退角γをあまり大きくすると、ブレード後方への土こぼれが増大するだけでなく、排土時に堆積土がブレード装置１０から落下しにくくなる。そのため、この後退角γの値は既述したとおり１５°以下であることが好ましい。
【００９２】
このときの刃先の前方の地表に堆積される通常の堆積土の接地長さＬ２に対して、本実施形態におけるブレード装置１０の堆積土の接地長さＬ１は約１０％程度減少し、地表の堆積土量が大幅に減少する。一方で、掘削・運土中に前記ブレード部１２〜１４の前方の堆積土は各ブレード前面上に大量に積載できるようになり、いわゆる抱え込み量は増加する。その結果、運土抵抗などを大幅に低減することができるため、牽引力あたりの消費馬力を大幅に低減することができ、良好な低燃費性能が得られる。
【００９３】
因みに、本実施形態にあっては前記後退角γを最も小さな０°としているため、切刃の取付作業が容易となるが、従来と同様の湾曲面で且つ刃先角αを変更しないときには、ブレード１１の立ち上がりが大きくなり過ぎて運土の滑落が激しくなる。そこで、上述のごとくブレード前面の円弧面の曲率半径を通常のＲ１から、それよりも大きなＲ２とすることによりブレードの後傾姿勢を大きくすることができ、運土抵抗を少なくするとともに掘削量及び運土量を通常と同量以上とすることができた。
【００９４】
また、前述のように前記ブレード１１の前面上に土を大量に積載することができるため、車体前後における接地圧のバランスが良好に得られ、シュースリップなどのパワーロスが少なくなり、高い牽引力が得られる。また本実施形態にあっては、ブレード１１の上端部の円弧面の終端から上方に台形の板金材１８を前傾させて付設しており、その両端部に左右方向に並ぶ多数の格子１８ａを形成している。これにより、ブレード前面上に堆積した土のうち余部の土は前記板金材１８の左右に形成された格子１８ａの間の隙間から左右へとこぼれ落ち、各ブレード部１２〜１４の上端を越えて後方にこぼれ出ることが防止されると同時にブレード上端部の積土量を適正量に維持するようになる。また、掘削土がブレード前面に圧接されることなく排土時の土離れも良くなり、排土性が向上する。なお、前記各切刃１５〜１７の刃先が地面上にあるときの前面と地面とがなす刃先角αは４０°〜５５°程度とすることが好ましい。これにより、最少の掘削・運土エネルギー量や最大の土量が効果的に得られる。
【００９５】
また、本発明のブレードによる牽引力や牽引力あたりの土量は、従来のブレードよりも増加する。本発明のブレードは、掘削抵抗が従来のブレードに対して低減し、運土抵抗も減少する。従って、本発明のブレードにおける掘削・運土時の消費馬力は、従来のブレードにおける掘削・運土時の消費馬力よりも低減する。以上の点から、本発明のブレードは、従来のブレードと比較して、如何に従来の作業時間よりも短い時間で且つ小さな牽引力と掘削力とをもって所望のドーザ作業を効率よく実現させ得る。
【００９６】
以上の説明から明らかなように、特に本発明に係るブレード装置のブレードは、設計上で最も掘削効率が高い形状を容易に確定することができるようになり、同時に旋回押し回しにあたっても、ブレード上から積土が流れ落ちることがなくなる。また鋳造体と板金とを効果的に組み合わせて構成する場合には、ブレード構造の簡略化、組立の容易性及び溶接作業性の向上、軽量小型化が達成される。また、上述のごとく上記特許文献６に記載されているブレード構造を備えるため、当然に同文献６に記載されているブレード装置と同様に、牽引力に対する抵抗力が軽減され、牽引力あたりの土量を大幅に増大することも当然である。また同時に、掘削・運土中の消費馬力を大幅に低減することができるとともに、短時間に最少のエネルギー量で最大の掘削・運土量を得ることができ、前記作業機械の燃費効率が著しく向上して低コスト化が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明に適用される代表的なブレード装置の全体的な概略構成を示す前方から見た斜視図である。
【図２】前記ブレード装置の正面図である。
【図３】前記ブレード装置の背面図である。
【図４】前記ブレード装置のブレードの昇降動作を説明する作業機械の全体を示す側面図である。
【図５】前記作業機械の要部の構成例を示す上面図である。
【図６】交点の後退量及び後方屈曲角に基づく中央前面部のブレード幅に対する前記ブレードの掘削効率を示す相関図である。
【図７】後方屈曲角と交差角の変動に伴う連結前面部及び端部前面部の各ブレード幅の関係を示す説明図である。
【図８】図１におけるIIX-IIX 線に沿った矢視断面図である。
【図９】図１におけるIX-IX 線に沿った矢視断面図である。
【図１０】図１におけるX-X 線に沿った矢視断面図である。
【図１１】前記ブレード装置における左側の一体鋳造部を背面の左側から見た斜視図である。
【図１２】前記ブレード装置における右側の一体鋳造部を背面の右側から見た斜視図である。
【図１３】図２のXIII-XIII 線に沿った矢視断面図である。
【図１４】図３のXIV-XIV 線に沿った矢視断面図である。
【図１５】図３のXV-XV 線に沿った矢視断面図である。
【図１６】右側の一体鋳造部を右斜め前方から見た斜視図である。
【図１７】前記ブレード装置を背面側の斜め後方から見た全体の斜視図である。
【図１８】板金部の背面支持部材の一部を左斜め前方から見た斜視図である。
【図１９】前記板金部の他の背面支持部材の一部を前方から見た斜視図である。
【図２０】前記板金部の更に他の背面支持部材の一部を前方から見た斜視図である。
【図２１】ブレード部の前面における湾曲面と切刃との交差角の関係を示す説明図である。
【図２２】同一高さ同一掘削角（刃先角）で小径の円弧面を形成したときのブレードの後傾姿勢を示す縦断面図である。
【図２３】同一高さ同一掘削角（刃先角）で大径の円弧面を形成したときのブレードの後傾姿勢を示す縦断面図である。
【図２４】掘削・運土時のブレードの通常姿勢と後傾姿勢とによるブレードの前方に堆積した堆積土の関係を示す説明図である。
【符号の説明】
【００９８】
１                      ブルドーザ
２                      履帯式走行装置
３                      リフトフレーム
４                    （油圧）チルトシリンダー
５                      エンジンルーム
６                    （油圧）リフトシリンダー
７                      ストラットアーム
１０                    ブレード装置
１１                    ブレード
１２                    中央前面部
１２ａ                （矩形）分割中央部
１２ｂ                （三角形）分割端部
１３                    連結前面部
１４                    端部前面部
１５〜１７              第１〜第３切刃
１８                    上端板金材
１８ａ                  格子
２５ａ〜２５ｄ          第１〜第４ブラケット
２６                    垂直板リブ
１０１                  一体鋳造部
１０２                  前面板部
１０３                  背面部
１０３ａ，１０３ｂ      第１及び第２の背面支持部
１０５                  板金部
１０６                  前面板
１０７                  背面支持部材
１０７ａ〜１０７ｄ      第１〜第４の背面支持部材
107d-1〜107d-3          分割部材
107d-1’〜107d-3’      補強リブ
α                      刃先角
β                      掘削角
γ                      後退角
δ                      後方屈曲角
θ                      交差角
Ｃ                      交点
Ｗｔ                  （交点Ｃの）後退量
Ｗ                      ブレード全幅
Ｗ１                    中央前面部の下端ブレード幅（＝ゲージ幅ＷＧ）
Ｈ                      刃先角αのときのブレード高さ
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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