JP2004124357A - ブーム構造およびブーム部材の製造方法 - Google Patents
ブーム構造およびブーム部材の製造方法 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】建設機械に用いられ、略矩形断面を有するブームの疲労強度の向上を図るとともに、軽量化を図ることができるブーム構造を提供する。
【解決手段】建設機械に用いられ、略矩形断面を有するブーム構造であって、ブームの長手方向に、第１直線部２ａと、第１直線部２ａに連なる曲線部２ｂと、曲線部２ｂに連なる第２直線部２ｃとを備え、ブーム長手方向における少なくとも曲線部２ｂには、前記略矩形断面における上下のうちの少なくとも一方に位置する角部８が、閉じられた断面をもつ管９を用いて形成されている。
【選択図】 図１
【解決手段】建設機械に用いられ、略矩形断面を有するブーム構造であって、ブームの長手方向に、第１直線部２ａと、第１直線部２ａに連なる曲線部２ｂと、曲線部２ｂに連なる第２直線部２ｃとを備え、ブーム長手方向における少なくとも曲線部２ｂには、前記略矩形断面における上下のうちの少なくとも一方に位置する角部８が、閉じられた断面をもつ管９を用いて形成されている。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建設機械に用いられ、略矩形断面を有するブーム構造及びブーム部材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
油圧ショベル等の建設機械においては、下部走行体に上部旋回体が設けられ、上部に搭載したブーム、アーム、バケット等のアタッチメントを操作して掘削作業等を行う。このような建設機械の例として、油圧ショベル１００の側面視を図５に示す。この油圧ショベル１００は、下部走行体１０１（クローラ）の上に上部旋回体１０２が旋回可能に設けられ、上部旋回体１０２には、ブーム１０３、アーム１０４、バケット１０５等で構成されるアタッチメントが取り付けられている。ブーム１０３、アーム１０４、バケット１０５は、それぞれブームシリンダ１０６、アームシリンダ１０７、バケットシリンダ１０８で駆動される。これらのアタッチメントにおいて、ブーム１０３、アーム１０４は掘削作業時に片持ち状態で荷重を支えるため、十分な強度が必要となる。一方、アタッチメント自体が機体（１０１、１０２）より前方に突出したオーバーハング状態（片持ち状態）で取り付けられているため、機体（１０１、１０２）との重量バランスの関係上、アタッチメントの軽量化も望まれる。そして、長くへの字状に形成されているブーム１０３が、アタッチメントの中でも最も重く、その軽量化がより重要となる。
【０００３】
図６（ａ）に、従来の技術におけるブーム構造１１０の断面形状を示す。このブーム構造１１０は、例えば、前述のブーム１０３に適用される。ブーム構造１１０は、上板１１０ａ、下板１１０ｂ、２枚の側板１１０ｃを４辺とする略矩形断面を有し、その４隅の角（かど）部が溶接で接合されている（溶接部分１１０ｄ）。前述のように、ブームには軽量化とともに十分な強度の確保が求められるため、ブーム構造１１０には、強度保持のため、ブームを構成する板材を厚くする構成、またスティフナと呼ばれる隔壁（図示せず）等を取り付けた構造などが用いられる。なお、ブーム構造は、基本的には、図６（ａ）に示すようなブーム構造１１０のように略矩形断面に構成されるのが一般的である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
油圧ショベル等において掘削作業を行う場合は、ブームには曲げモーメントが加わり、への字状に曲がったブームの曲線部をまっすぐに伸ばそうとする方向に曲げ変形が生じる（図５参照）。図６（ｂ）は、図６（ａ）に示すブーム構造１１０に、この掘削作業時の曲げ変形が加わった状態を誇張して示したものであり、ブームのへの字状の曲線部における断面を示している（図中点線が変形前の状態、実線が変形後の状態）。図６（ｂ）に示すように、ブーム構造１１０の４隅の溶接部分１１０ｄには、溶接線に直交する方向（図中矢印方向）の高い応力が作用することになる。しかし、溶接部分１１０ｄは、溶接線直交方向の応力を受ける場合、母材部分に比べると著しく強度が低下している。このため、掘削作業が繰り返し行われると、ブーム構造１１０には繰り返し応力が作用することになり、溶接部分１１０ｄの疲労寿命により、ブーム構造１１０の寿命が律速してしまうことになる。そのため、母材強度には余裕があるにもかかわらず、角部の溶接部分の疲労強度を確保するため、前述したように、補強のためブームを構成する板材を厚くしたり、隔壁等を設けたりせざるを得ず、ブームの重量増加を招いてしまうことになる。
【０００５】
略矩形断面を有するブーム構造としては、例えば、特開平１１−２００３９７号公報や、実開平４−５７５４２号公報等に記載されたものがある。しかし、特開平１１−２００３９７号公報に記載のブーム構造（箱型構造物）では、大きな補強板が必要なため、軽量化との両立は困難である。また、実開平４−５７５４２号公報に記載のブーム構造では、コの字型の左右側面板を突合わせ溶着する構造であるため溶接部分が４隅の角部には位置しないが、への字状の曲線部分（く字型）の前後で分割された前後ブロックを突合わせ溶着する構造であるため、この前後ブロックの接合部の強度確保が問題となる。なお、小型の油圧ショベルでは、１本のパイプを折り曲げてブーム構造を構成するものも知られているが、あくまで小型に適したものであり、大型ショベルへの適用に関しては強度的に改良の余地があった。
【０００６】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、建設機械に用いられ、略矩形断面を有するブームの疲労強度の向上を図るとともに、軽量化を図ることができるブーム構造を提供し、また、そのブーム部材の製造方法を提供することとを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載のブーム構造は、建設機械に用いられ、略矩形断面を有するブーム構造であって、ブームの長手方向に、第１直線部と、この第１直線部に連なる曲線部と、この曲線部に連なる第２直線部とを備え、ブーム長手方向における少なくとも前記曲線部には、前記略矩形断面における上下のうちの少なくとも一方に位置する角部が、閉じられた断面をもつ管を用いて形成されていることを特徴とする。
【０００８】
この構成によると、ブーム構造の略矩形断面における角部の疲労強度が問題となる曲線部において、略矩形断面の上下の少なくとも一方の角部に、閉じられた断面をもつ管が用いられているため、溶接部分の位置を角部から離れた位置に配置することができ、高応力となる角部では母材の強度が確保できることになる。これにより、略矩形断面の角部の疲労強度の向上を図ることができる。また、管の外形のうち、略矩形断面の外形を構成しない部分は、略矩形断面の内部側に位置することになり、補強部材としての機能を果たすことができる。したがって、このブーム構造によると、補強のためブームを構成する板材を厚くする場合や隔壁等を用いる場合に比べ、軽量化を図ることができる。すなわち、ブームの疲労強度を向上させ、軽量化を図ることができる。
【０００９】
請求項２に記載のブーム構造は、請求項１において、前記管には、ブーム長手方向に延びる平坦部分が形成されていることを特徴とする。
【００１０】
この構成によると、管に形成された平坦部分で略矩形断面の外形の一部を構成することができ、角部に配置される管を用いて略矩形断面のブーム構造を容易に構築できる。また、管と他の部材とを接合して略矩形断面を形成する場合に、他の部材を管の平坦部分と接合することができ、接合が容易に行える。
【００１１】
請求項３に記載のブーム構造は、請求項１または２において、少なくとも前記曲線部における前記略矩形断面は、前記管の外形の一部と、前記管に溶接される部材とで形成され、前記溶接される部材はブーム長手方向に延びる平板部分を有し、前記平板部分におけるブーム長手方向に延びる端部が、前記略矩形断面の外形に略沿う前記管の外形部分のうち、前記角部とは異なる曲折した部分と重なって溶接されていることを特徴とする。
【００１２】
この構成によると、平板部分を有する部材の端部を、角部から遠ざけた位置で管と溶接することができ、角部からより離れた個所に溶接部分が位置する略矩形断面のブーム構造とすることができる。
【００１３】
請求項４に記載のブーム構造は、請求項１〜３において、前記略矩形断面の上下に、それぞれ前記管が１本ずつ配設され、前記管のそれぞれが、前記角部を２つ形成していることを特徴とする。
【００１４】
この構成によると、略矩形断面の上下の角部において母材の強度が得られるとともに、管の外形のうち、２つの角部を形成しない側に位置し、略矩形断面の外形を構成しない部分にて、ブーム構造の両側板間を架橋する補強板としての機能を果たすことができる。
【００１５】
請求項５に記載のブーム構造は、請求項４において、前記管の外形部分であって前記略矩形断面の内部側に位置している部分に、前記管の内部側にくぼむ凹部が形成されていることを特徴とする。
【００１６】
この構成によると、管の外形のうち、２つの角部を形成しない側に位置し、略矩形断面の外形を構成しない部分にて、ブーム構造の両側板間を架橋する補強板としての機能を果たすともに、さらに、ブーム構造の幅方向の曲げに対する強度や捩じり方向に対する強度も向上させることができる。
【００１７】
請求項６に記載のブーム構造は、請求項１〜５のいずれかにおいて、前記略矩形断面の４隅に、それぞれ前記管が１本ずつ配設され、前記管のそれぞれが、前記角部を形成していることを特徴とする。
【００１８】
この構成によると、角部に配設された各管が、それぞれ角部において母材強度を確保するとともに、略矩形断面の外形を構成しない部分にて、各角部をそれぞれ補強することができる。
【００１９】
請求項７に記載のブーム構造は、請求項３〜６のいずれかにおいて、前記管の前記曲折した部分には、前記管の内部側にくぼむ段部が形成され、この段部に前記平板部分の前記端部が溶接されていることを特徴とする。
【００２０】
この構成によると、管の内部側にくぼむ段部に対して、略矩形断面を構成する部材の平板部分の端部を嵌め合わすようにして溶接できるため、溶接が容易に行える。また、安定した溶接が可能なため、溶接部分の接合強度も確保し易い。
【００２１】
請求項８に記載のブーム構造は、請求項１〜７のいずれかにおいて、前記第１直線部はアームが取り付けられる先端側に位置し、前記第２直線部は建設機械本体側に支持される支持側に位置し、前記略矩形断面の上側に配設される前記管は、前記曲線部から前記第２直線部にわたる部分に、前記略矩形断面の下側に配設される前記管は、前記曲線部から前記第１直線部にわたる部分に、それぞれ延設されていることを特徴とする。
【００２２】
アームを駆動するアームシリンダは、一般的に、ブームの曲線部と第１直線部の境界近傍に配設され、ブームを駆動するブームシリンダは、ブームの曲線部に配設される。そのため、ブームに負荷が作用すると、曲線部から第２直線部にわたる部分には略矩形断面の上側に、曲線部から第１直線部にわたる部分には略矩形断面の下側に、それぞれ高応力が発生し易い。したがって、本発明の構成によると、高応力が発生する個所に効率よく管を配設し、ブームの軽量化を図ることができる。
【００２３】
請求項９に記載のブーム構造は、請求項１〜８において、前記管は、継ぎ目無し鋼管または電縫管を変形させたものであることを特徴とする。
【００２４】
この構成によると、継ぎ目無し鋼管または電縫管を変形させた異形管を用いることで、略矩形断面の角部に、閉じられた断面をもつ管を容易に配設することができる。
【００２５】
請求項１０に記載のブーム部材の製造方法は、略矩形断面を有し、建設機械に用いられるブーム部材の製造方法であって、円管を外型ロール間を通過させることで異形管に成形し、前記異形管成形時に、前記異形管の長手方向に一部曲線部分を形成し、平板部分を有する部材を前記異形管と溶接することで、略矩形断面を形成するとともに、前記曲線部分を前記略矩形断面における上下のうちの少なくとも一方の角部に位置するように配設し、ブーム長手方向に、アームが取り付けられる第１直線部と、この第１直線部に連なり前記異形管の前記曲線部分を含む曲線部と、この曲線部に連なり建設機械本体側に支持される第２直線部とを備えるブーム部材を形成することを特徴とする。
【００２６】
この構成によると、略矩形断面を有するブーム部材であって、ブームの長手方向に、第１直線部と、この第１直線部に連なる曲線部と、この曲線部に連なる第２直線部とを備え、曲線部における略矩形断面の角部に、閉じられた断面をもつ管を用いたブーム部材を容易に製造することができる。すなわち、溶接部分の位置を角部から離れた位置に配置し、高応力となる角部では母材の強度が確保できるブーム部材を製造できる。したがって、疲労強度を向上させるとともに、軽量化を図ることができるブーム部材を製造することができる。
【００２７】
請求項１１に記載のブーム構造は、建設機械に用いられ、略矩形断面を有するブーム構造であって、ブームの長手方向に、第１直線部と、この第１直線部に連なる曲線部と、この曲線部に連なる第２直線部とを備え、前記略矩形断面は、複数の部材が略突き合わされて溶接されることで形成されるとともに、前記略矩形断面の４隅の角部は、前記部材における折り曲げ部分で形成されており、ブーム長手方向における少なくとも前記曲線部には、前記略矩形断面における上下のうちの少なくとも一方に位置する前記角部とともに閉じられた断面を形成するように架け渡される補強部材が設けられていることを特徴とする。
【００２８】
この構成によると、略矩形断面の４隅の角部は、部材の折り曲げ部分で形成されている。このため、略矩形断面を構成する部材の突き合わせ溶接部分を、角部から離れた位置に配置することができ、高応力となる角部では母材の強度を確保することができる。そして、疲労強度が問題となる曲線部において、略矩形断面の上下の少なくとも一方の角部に閉断面を形成するように補強部材が配設されるため、ブーム構造の断面２次モーメントを高めることができ、疲労強度の向上を図ることができる。したがって、補強のためブームを構成する板材を厚くする場合や隔壁等を用いる場合に比べ、少ない材料で十分な疲労強度を確保でき、軽量化を図ることができる。即ち、ブームの疲労強度を向上させるとともに、軽量化を図ることができるブーム構造を提供できる。
【００２９】
請求項１２に記載のブーム構造は、請求項１１において、前記複数の部材のうち、前記略矩形断面の前記角部を形成する前記部材には、略Ｌ字型断面を有するＬ字型部材が用いられていることを特徴とする。
【００３０】
この構成によると、略矩形断面の各角部が、Ｌ字型部材の折り曲げ部分でそれぞれ形成されるため、略矩形断面を構成する部材の突き合わせ溶接部分を角部から離れた位置に配置することができ、高応力となる角部では母材の強度を確保することができる。
【００３１】
請求項１３に記載のブーム構造は、請求項１１において、前記複数の部材のうち、前記略矩形断面の前記角部を形成する前記部材には、略コの字型断面を有するコ字型部材が用いられていることを特徴とする。
【００３２】
この構成によると、略矩形断面の各２つの角部が、コ字型部材の２つの折り曲げ部分にてそれぞれ形成されるため、略矩形断面を構成する部材の突き合わせ溶接部分を角部から離れた位置に配置することができ、高応力となる角部では母材の強度を確保することができる。
【００３３】
請求項１４に記載のブーム構造は、請求項１１〜１３のいずれかにおいて、前記補強部材は、１つの前記角部とともに閉じられた断面を形成するように、それぞれ架け渡されていることを特徴とする。
【００３４】
この構成によると、略矩形断面のブーム構造の断面２次モーメントを高めるとともに、疲労強度が問題となる角部をそれぞれ補強することができる。したがって、効率よく補強部材を配設することができ、疲労強度向上と軽量化との両立が図れる。
【００３５】
請求項１５に記載のブーム構造は、請求項１４において、前記補強部材は、前記略矩形断面の内側に配設されていることを特長とする。
【００３６】
この構成によると、角部を内側から補強するため、掘削作業時に両側板が内側に撓もうとする断面変形を効率よく抑制し、疲労強度を向上させることができる。
【００３７】
請求項１６に記載のブーム構造は、請求項１４において、前記補強部材は、前記略矩形断面の外側に配設されていることを特徴とする。
【００３８】
この構成によると、角部を外側から補強するため、ブーム構造の断面２次モーメントを高め、疲労強度を向上させることができる。
【００３９】
請求項１７に記載のブーム構造は、請求項１１〜１３のいずれかにおいて、前記補強部材は、２つの前記角部とともに閉じられた断面を形成するように、それぞれ架け渡されていることを特徴とする。
【００４０】
この構成によると、略矩形断面のブーム構造の断面２次モーメントを高めるとともに、略矩形断面の上下面と対向して架け渡されるように配設されることになる補強部材によって、掘削作業時に両側板が内側に撓もうとする断面変形を効率よく抑制し、疲労強度を向上させることができる。したがって、効率よく補強部材を配設することができ、疲労強度向上と軽量化との両立が図れる。
【００４１】
請求項１８に記載のブーム構造は、請求項１２〜１７のいずれかにおいて、前記略矩形断面の前記角部を形成する前記部材間には、この部材よりも薄肉の側板が配設されていることを特徴とする。
【００４２】
この構成によると、あまり高い疲労強度が必要でない両側板部分には、角部を形成する部材よりも薄肉の側板を用いることで、より軽量化を図ることができる。
【００４３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１〜第３実施形態に係るブーム構造を図面に基づいて説明する。
【００４４】
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係るブーム構造１（ブーム部材１）を示しており、図１（ａ）は、ブーム構造１の側面図を、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線矢視断面の模式図を示している。このブーム構造１は、油圧ショベル等の建設機械に用いられる。例えば、図５に示す油圧ショベル１００のブーム１０３に用いられる。
【００４５】
図１に示すように、ブーム構造１は、略矩形断面（図１（ｂ）参照）を有し、ブーム長手方向に、第１直線部２ａと、第１直線部２ａに連なる曲線部２ｂと、曲線部２ｂに連なる第２直線部２ｃとを備え、への字状に形成されている。第１直線部２ａの先端には図示しないアーム（例えば、図５のアーム１０４）を回動自在に支持するアーム連結部３が取り付けられている（即ち、第１直線部２ａはアームが取り付けられる先端側に位置している）。また、曲線部２ｂにおける上側（への字状の出っ張り側）には、図示しないアームシリンダ（例えば、図５のアームシリンダ１０７）を取り付けるためのブラケット４が設けられている。そして、曲線部２ｂの両側面には、図示しないブームシリンダ（例えば、図５のブームシリンダ１０６）の先端が回動自在に取り付けられるためのボス部５が設けられている。また、第２直線部２ｃの端部には、図示しない建設機本体（例えば、図５の上部旋回体１０２）と回動自在に連結される本体連結部６が設けられている（即ち、第２直線部２ｃは建設機本体側に支持される支持側に位置している）。
【００４６】
ブーム構造１の曲線部２ｂにおける断面（Ａ−Ａ線矢視断面）は、図１（ｂ）に示すように略矩形断面として形成されている。そして、この略矩形断面の上下４隅に位置する角（かど）部８ａ〜８ｄ（以下、「角部８」ともいう）は、閉じられた断面をもつ管９ａ、９ｂを用いて形成されている。すなわち、略矩形断面の上下に、それぞれ管９ａ又は９ｂ（以下、「管９」ともいう）が１本ずつ配設され、管９のそれぞれが、その外形の一部で角部を２つ（角部８ａ及び８ｂ、または角部８ｃ及び８ｄ）形成している。
【００４７】
曲線部２ｂにおける角部８を形成している管９は、ブーム長手方向の第１直線部２ａ、曲線部２ｂ、第２直線部２ｃの全てにわたって略矩形断面の上下に配設されている（図１（ａ）参照）。この管９には、ブーム長手方向に延びる平坦部分１０（１０ａ〜ｄ）、１１（１１ａ〜ｄ）が形成されている。すなわち、管９ａには、上面１０ａ、側面１０ｂ及び１０ｃ、下面１０ｄが形成されており、管９ｂには、上面１１ａ、側面１１ｂ及び１１ｃ、下面１１ｄが形成されている。そして、管９の外形の一部を構成している上面１０ａ、側面１０ｂ、１０ｃ、側面１１ｂ、１１ｃ、下面１１ｄが、略矩形断面の一部を構成している。なお、この管９は、継ぎ目無し鋼管（シームレスパイプ）または電縫管を変形させた異形管として形成されている。
【００４８】
略矩形断面は、上述した管９の外形の一部（１０ａ〜ｃ、１１ｂ〜ｄ）と、管９に溶接される部材１２とで形成される。この部材１２は、ブーム長手方向に延びる平板状に形成されている（即ち、ブーム長手方向に延びる平板部分１２ａ又は１２ｂを有している）。そして、平板部分１２ａ又は１２ｂにおけるブーム長手方向に延びる端部１２ｃ〜１２ｆが、略矩形断面の外形に略沿う管９の外形部分のうち、角部８とは異なる曲折した部分１３と重なって溶接されている。なお、曲折した部分１３には、管９の内部側にくぼむ段部１３ａ〜ｄが形成され、この段部１３ａ〜ｄに平板部分１２ａ、１２ｂの端部１２ｃ〜ｆが溶接されている。
【００４９】
以上説明したブーム構造１によると、ブーム構造の略矩形断面における角部８の疲労強度が問題となる曲線部２ｂにおいて、角部８に閉じられた断面をもつ管９が用いられているため、溶接部分の位置を角部８から離れた位置に配置することができる。すなわち、管９における角部８から離れた曲折した部分１３と、平板部分１２の端部（１２ｃ〜ｆ）とで溶接することができる。これにより、高応力となる角部８では母材の強度が確保できることになる。したがって、略矩形断面の角部８の疲労強度がブームの疲労寿命を律速させてしまうことを緩和し、ブームの疲労強度の向上を図ることができる。また、管９の外形のうち、略矩形断面の外形を構成しない部分、即ち管９ａの下面１０ｄと管９ｂの上面１１ａとは、略矩形断面の内部側に位置することになり、補強部材としての機能を果たし、略矩形断面の変形を防止することができる。そして、このブーム構造１によると、角部８の疲労強度が向上しているため、薄肉の管材料を用いて、従来よりもブーム部材のトータル重量を軽くし、且つ、従来と同等以上の疲労強度を確保することができる。即ち、補強用にブームを構成する板材を厚くする場合や隔壁等を用いる場合に比べ、ブームの軽量化が図れる。
【００５０】
つぎに、ブーム部材１の製造方法について図２を参照しながら説明する。図２（ａ）は、管９を構成する素材である継ぎ目無し鋼管や電縫管等の円管１４の断面図を示している。この円管１４を外型ロール間を通過させることで異形管に成形する。図２（ｂ）は、円管１４を外型ロール１５間を通過させて異形管９（図１（ｂ）における管９に相当）に成形する過程における管断面と外型ロール（１５ａ〜ｄ）との状態を示したものである。すなわち、図中一点鎖線で示す回転軸をもつロール１５ａ〜ｄが４方に配設されて外型ロール１５を構成し、この１組のロールセット（１５ａ〜ｄ）が、直列に（紙面垂直方向に）複数スタンド（複数組）配列され、この複数スタンドの外型ロール１５間を順次通過させながら円管１４を徐々に変形して異形管９に成形する。これにより、図２（ｃ）に示す異形管９（管９ａ、９ｂ）が得られる。なお、ロール１５ｄのように、ロールバレルに凹凸を設けることで、曲折した部分１３（段部１３ａ〜ｄ）を成形することができる。
【００５１】
上記のように、円形１４から異形管９を成形する方法としては、円管を外型ロール間に押し込みながら成形するエクスト・ロール方式、円管を主として上流スタンドの外型ロールで送り出しながら下流スタンドの外型ロールで形状を整えていくロールフォーミング方式、円管の先端に口部を形成し、この口部を引っ張り出しながら外型ロール間で引抜き加工を行うドローベンチ方式などが用いられる。そして、これらの方式により円管１４から異形管９を成形する際に、円管１４（異形管９）の通過方向の角度を変更することで、異形管の長手方向に一部曲線部分を形成する。なお、異形管９の成形時において、円管１４（異形管９）の内部に中子を嵌挿し、外型ロール（ダイス）と中子（プラグ）とで、より精密に成形を行うものであってもよい。
【００５２】
図２（ｃ）に示す異形管９（管９）が得られると、図２（ｄ）に示すように、この管９を管９ａ、９ｂとしてそれぞれ上下に配置し、両側面に平板部分（１２ａ、１２ｂ）を有する部材１２をそれぞれ配置し、これらを溶接して略矩形断面を形成する（図中矢印で示す方向に接合する）。すなわち、端部１２ｃ〜ｆをそれぞれ段部１３ａ〜ｄと溶接する。このとき、異形管９の長手方向に形成した前述の曲線部分を略矩形断面における上下のうちの少なくとも一方の角部に位置するように配設する（ブーム部材１では、上下両方の角部８に管９が配設されている）。これにより、図２（ｅ）に示すように略矩形断面をし、図１（ａ）に示すように、ブーム長手方向に、アームが取り付けられる第１直線部２ａと、第１直線部２ａに連なり異形管９の曲線部分を含む曲線部２ｂと、曲線部２ｂに連なり建設機械本体側に支持される第２直線部２ｃとを備えるブーム部材１を形成することができる。したがって、図２（ｅ）に示すように、溶接部分１６ａ〜ｄの位置を角部８（８ａ〜ｄ）から離れた位置に配置し、高応力となる角部８では母材の強度が確保できるブーム部材１を製造できる。
【００５３】
（変形例）
つぎに、本発明の第１実施形態に係るブーム構造の変形例について説明する。図３は、変形例に係る各ブーム構造の略矩形断面を示したものであり、いずれもブーム構造の曲線部における断面（図１のＡ−Ａ線矢視断面に相当する断面）を示している。管の外形の一部と管に溶接される部材とで形成される略矩形断面は、図３（ａ）〜（ｇ）に例示するように、種々の形態をとることができる。
【００５４】
図３（ａ）に示すブーム構造２１では、２本の長方形断面の管３１、３２と２枚の平板部材３３、３４（平板部分３３、３４）とで略矩形断面が形成されている。平板部材３３、３４の端部（３３ａ、３３ｂ、３４ａ、３４ｂ）は、管３１、３２における略矩形断面の角部３５ａ〜ｄとは異なる曲折した部分（３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂ）と重なって溶接されている。また、図３（ｂ）に示すブーム構造２２では、１本の長方形断面の管３６が、略矩形断面の上側に配設され、これにコの字型断面の部材３７が溶接されて略矩形断面が形成されている。即ち、略矩形断面における上側の角部３６ａ、３６ｂは、管３４によって形成され、下側の角部３６ｃ、３６ｄは、部材３５によって形成されている。部材３５の両側面を成す平板部分３５ａ、３５ｂの各端部３５ｃ、３５ｄは、管３４における略矩形断面の角部３６ａ、３６ｂとは異なる曲折した部分３４ａ、３４ｂと重なって溶接されている。なお、ブーム構造２１及び２２においては、曲折した部分に、段部は形成されていない。
【００５５】
図３（ｃ）に示すブーム構造２３は、略矩形断面の４隅に、それぞれ三角形断面の管３９（３９ａ〜ｄ）が１本ずつ配設され、これらの各管３９と各平板部材４１（４１ａ〜ｄ）とが溶接され、略矩形断面が構成されている。略矩形断面の角部４０ａ〜ｄは、各管３９のそれぞれによって形成されている。管３９における角部４０ａ〜ｄとは異なる曲折した部分４２ａ〜ｈは、平板部材４１の端部４３ａ〜ｈと重なって溶接されている。このように、略矩形断面の４隅にそれぞれ１本ずつ管３９を配置すると、それぞれ角部４０ａ〜ｄにおいて母材強度を確保できるとともに、管３９における略矩形断面の外形を構成しない部分にて、各角部４０ａ〜ｄをそれぞれ補強することができる。
【００５６】
図３（ｄ）及び図３（ｅ）に示すブーム構造２４または２５は、ブーム構造１、２１、２２と同様、略矩形断面の上下に配設された２本の管４４または４７と、略矩形断面の両側面を形成する２枚の平板部材４５または４８とそれぞれ構成される。しかし、ブーム構造２４または２５は、管４４または４７の外形部分であって略矩形断面の内側に位置している部分に、管４４または４７の内部側にくぼむ凹部４６または４９が形成されている。すなわち、図１に示すブーム構造１において、管９ａの下面１０ｄと管９ｂの上面１１ａとに、管９ａ及び９ｂの内部側にくぼむ凹部が形成されているものに相当する。なお、凹部４６はアーチ状に、凹部４９は台形状に形成されている。このように、凹部４６または４９を形成することで、ブーム構造の幅方向の曲げに対する強度や捩じり方向に体する強度も向上させることができる。
【００５７】
図３（ｆ）に示すブーム構造２６は、図３（ｃ）のブーム構造２３において曲折した部分４２ａ〜ｈに段部をそれぞれ形成し、この段部に端部４３ａ〜ｈを溶接したものに相当する。このように段部を形成することで、略矩形断面の４隅にそれぞれ管を設けたブーム構造においても、溶接性を改善できる。また、図３（ｇ）に示すブーム構造２７は、図３（ａ）のブーム構造２１において角部３５ａ〜ｄに斜面部分を形成したものである。このように、略矩形断面の形状としては、必ずしも直角に形成された角部を有するものに限らず、角部に斜面部分やＲ部などを形成した種々の形態を選択し得る。
【００５８】
最後に、ブーム長手方向における管の配設位置に関する変形例を図４に示す。図４（ａ）または図４（ｂ）に側面視を示すブーム構造２８または２９は、いずれも略矩形断面の上下に管５１（５１ａ、５１ｂ）または５２（５２ａ、５２ｂ）を有している。なお、図１に示すブーム構造１と共通する部分には、同一の符号を付している。
【００５９】
図４（ａ）のブーム構造２８は、略矩形断面の上側に配設される管５１ａが、曲線部２ｂから第２直線部２ｃにわたる部分に延設され、略矩形断面の下側に配設される管５１ｂが、曲線部２ｂから第１直線部２ａにわたる部分に延設されている。油圧ショベル等のアタッチメントにおいては、アームを駆動するアームシリンダは、曲線部２ｂとブーム先端側のアームとの間における略矩形断面の上方に配設され、ブームを駆動するブームシリンダは、曲線部２ｂとブーム支持側の建設機本体との間における略矩形断面に下方に配設される（図５参照）。そのため、ブームに負荷が作用すると、曲線部２ｂから第２直線部２ｃにわたる部分には略矩形断面の上側に、曲線部２ｂから第１直線部２ａにわたる部分には略矩形断面の下側に、それぞれ高応力が発生し易い。したがって、ブーム構造２８の構成によると、高応力が発生する個所に効率よく管５１を配設することができ、さらなる軽量化が図れる。
【００６０】
図４（ｂ）のブーム構造２９は、略矩形断面の上下に配設される管５２ａ及び５２ｂともに曲線部２ｂにのみ配設されている。このように、少なくとも、もっとも高い応力が発生する曲線部２ｂには管５２を配設することで、ブームの疲労強度の向上と軽量化を図ることができる。
【００６１】
〔第２実施形態〕
つぎに、本発明の第２実施形態に係るブーム構造６０について説明する。図７は、ブーム構造６０（ブーム部材６０）を示しており、図７（ａ）は、ブーム構造６０の側面図を、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＢ−Ｂ線矢視断面の模式図を示している。このブーム構造６０は、第１実施形態のブーム構造１と同様、油圧ショベル等の建設機械に用いられる。以下、第１実施形態と説明が重複する部分については適宜割愛しながら説明する。
【００６２】
ブーム構造６０は、ブーム構造１と同様、略矩形断面を有し（図７（ｂ）参照）、ブーム長手方向に、第１直線部６１ａと、第１直線部６１ａに連なる曲線部６１ｂと、曲線部６１ｂに連なる第２直線部６１ｃとを備え、への字状に形成されている。また、ブーム構造１と同様に、アーム連結部６３と、ブラケット６４と、ボス部６５と、本体連結部６６とが設けられている。
【００６３】
ブーム構造６０の断面（Ｂ−Ｂ線矢視断面）は、図１（ｂ）に示すように、複数の部材６７（６７ａ〜ｄ）を用いて略矩形断面として形成されている。この複数の部材６７のうち、略矩形断面の上下４隅の角部６８（６８ａ〜ｄ）を形成する部材６７ａ〜ｄ（ブーム構造６０においては、部材６７の全てが該当する）には、略Ｌ字型断面を有するＬ字型部材６７（６７ａ〜ｄ）が用いられており、これら複数の部材６７ａ〜ｄが略突き合わされて溶接されることで略矩形断面が形成されている。即ち、角部６８は、Ｌ字型部材６７における折り曲げ部分で形成されている。そして、Ｌ字型部材６７におけるブーム長手方向に延びる端部同士が突き合わせ溶接され、溶接部分６９（６９ａ〜ｄ）が形成されている。
【００６４】
また、図７（ｂ）に示すように、略矩形断面の内側には、平板状の補強部材７０（７０ａ〜ｄ）が配設されている。これらの補強部材７０は、略矩形断面において、１つの角部６８とともに閉じられた断面を形成するように、それぞれ架け渡されている。即ち、各補強部材７０は、各角部６８に対向するように設けられており、ブーム長手方向に延びる各補強部材７０の各両端部がそれぞれ略矩形断面の内側に対して溶接で接合されている。そして、図７（ａ）に点線で示すように、補強部材７０は、ブーム長手方向における第１直線部６１ａ、曲線部６１ｂ、第２直線部６１ｃの全てにわたって略矩形断面の上下に配設されている。即ち、ブーム長手方向における少なくとも曲線部６１ｂには、略矩形断面のおける上下のうちの少なくとも一方に位置する角部６８とともに閉じられた断面を形成するように補強部材７０が架け渡されていることになる。
【００６５】
以上説明したブーム構造６０によると、略矩形断面の４隅の角部は、部材の折り曲げ部分で形成されている。このため、略矩形断面を構成する部材の突き合わせ溶接部分を、角部から離れた位置に配置することができ、高応力となる角部では母材の強度を確保することができる。そして、疲労強度が問題となる曲線部において、略矩形断面の上下の少なくとも一方の角部に閉断面を形成するように補強部材が配設されるため、ブーム構造６０の断面２次モーメントを高めることができ、疲労強度の向上を図ることができる。したがって、このブーム構造６０によると、角部６８の疲労強度が向上しているため、薄肉のＬ字型部材６７を用いて、従来よりもブーム部材のトータル重量を軽くし、且つ、従来と同等以上の疲労強度を確保することができる。即ち、補強のためブームを構成する板材を厚くする場合や隔壁等を用いる場合に比べ、少ない材料で十分な疲労強度を確保でき、軽量化を図ることができるため、ブームの疲労強度を向上させるとともに、軽量化を図ることができるブーム構造を提供できる。
【００６６】
（変形例）
つぎに、第２実施形態に係るブーム構造の略矩形断面の構造に関する変形例について説明する。なお、以下に説明する第２実施形態に係る変形例（図８〜１０）は、いずれもブーム構造の曲線部における断面（図７のＢ−Ｂ線矢視断面に相当する断面）を示している。そして、ブーム構造６０と同様に、補強部材を略矩形断面における１つの角部とともに閉じられた断面を形成するように、それぞれ架け渡されているものである。以下、ブーム構造６０と異なる個所のみ説明する。
【００６７】
まず、図８に示す各変形例（図８（ａ）〜（ｄ））は、いずれもＬ字型部材を用いて略矩形断面の各角部を形成した例を示すものである。図８（ａ）に示すブーム構造７１は、ブーム構造６０と同様に４つのＬ字型部材７２（７２ａ〜ｄ）で略矩形断面が形成されているが、各角部７３（７３ａ〜ｄ）のうち、上側の角部７３ａ及び７３ｂに対向する個所にのみ、角部とともに閉じられた断面を形成する補強部材７４（７４ａ、ｂ）がそれぞれ架け渡されている。このように、とくに略矩形断面の上側の角部の強度が問題となる場合は、その個所に優先して補強部材を配設することで、効率よく補強部材を配設して、疲労強度と軽量化との両立が図れる。
【００６８】
図８（ｂ）又は図８（ｃ）に示すブーム構造７５又は７６においては、いずれも、Ｌ字型部材７７（７７ａ〜ｄ）又は７８（７８ａ〜ｄ）で形成された略矩形断面の４隅の角部にそれぞれ対向する補強部材７９（７９ａ〜ｄ）又は８０（８０ａ〜ｄ）が配設されている。しかし、ブーム構造６０の場合と異なり、ブーム構造７５には、円弧状断面を持つ補強部材７９が用いられている。また、ブーム構造７６には、ブーム長手方向に延びる両端部にそれぞれ段部が形成された補強部材８０が用いられている。
【００６９】
図８（ｄ）に示すブーム８１は、略矩形断面の各角部８２（８２ａ〜ｄ）を形成する部材として、Ｌ字型部材８３（８３ａ〜ｄ）が用いられ、各角部８２に対向する個所に、それぞれ平板状の各補強部材８４（８４ａ〜ｄ）が架け渡されている。しかし、ブーム構造６０と異なり、Ｌ字型部材８３間には（Ｌ字型部材８３ａと８３ｃとの間、又は、Ｌ字型部材８３ｂと８３ｄとの間には）、このＬ字型部材８３よりも薄肉の側板８５（８５ａ、ｂ）が配設されている。角部８２と異なり、あまり高い疲労強度が必要でない両側板部分には、このように、角部を形成する部材よりも薄肉の側板を用いることで、より軽量化を図ることができる。
【００７０】
次に、図９に示す各変形例（図９（ａ）〜（ｄ））は、いずれも、略矩形断面を形成する複数の部材のうち角部を形成する部材に、略コの字型断面を有するコ字型部材を用いている例を示すものである。図９（ａ）に示すブーム構造８６は、コ字型部材８７（８７ａ、ｂ）が略突き合わされて溶接されることで略矩形断面が形成されている。そして、各角部８９（８９ａ〜ｄ）に対向する個所には、各角部８９とともにそれぞれ閉じられた断面を形成するように平板状の補強部材８８（８８ａ〜ｄ）が架け渡されている。
【００７１】
図９（ｂ）又は図９（ｃ）に示すブーム構造９０又は９１は、ブーム構造８６と同様、コ字型部材９２（９２ａ、ｂ）又は９３（９３ａ、ｂ）が突き合わせ溶接されることで略矩形断面が形成されている。しかし、ブーム構造９０においては、角部を補強する補強部材９４（９４ａ、ｂ）が、上側の角部に対向する個所にのみ配設されている。また、ブーム構造９１においては、４隅の各角部を補強する補強部材として、円弧状断面を有する補強部材９５（９５ａ〜ｄ）が用いられている。なお、図８（ｃ）に示すブーム構造７６と同様、段部を有する補強部材を用いてもよい。
【００７２】
図９（ｄ）に示すブーム構造９６は、略矩形断面の上下にそれぞれコ字型部材９７（９７ａ、ｂ）が配設され、各角部に対向する個所には、それぞれ各補強部材９８（９８ａ〜ｄ）が架け渡されているが、コ字型部材９７間には（コ字型部材９７ａと９７ｂとの間には）、このコ字型部材９６よりも薄肉の側板９９（９９ａ、ｂ）が配設されている。
【００７３】
次に、図１０に示す各変形例（図１０（ａ）〜（ｃ））は、いずれも、略矩形断面における角部とともに閉じられた断面を形成するように架け渡される補強部材が、略矩形断面の外側に配設されている例を示すものである。図１０（ａ）に示すブーム構造１２０は、４つの略Ｌ字型断面を有するＬ字型部材１２１（１２１ａ〜ｄ）で略矩形断面が構成されているが、４隅の角部１２２（１２２ａ〜ｄ）を形成する折り曲げ部分は２段階に折り曲げられており、斜面部分が形成されている。そして、この各角部１２２とともに閉じられた断面を形成するように略矩形断面の外側に、Ｌ字型断面を有する補強部材１２３（１２３ａ〜ｄ）が架け渡されている。
【００７４】
図１０（ｂ）に示すブーム構造１２４は、ブーム構造１２０と同様に、斜面部分を有するＬ字型部材１２５（１２５ａ〜ｄ）で略矩形断面の各角部が形成されており、各角部の外側にはＬ字型断面を有する補強部材１２６（１２６ａ〜ｄ）がそれぞれ設けられている。しかし、ブーム構造１２０と異なり、Ｌ字型部材１２５間には（Ｌ字型部材１２５ａと１２５ｃと間、又はＬ字型部材１２５ｂと１２５ｄとの間には）、このＬ字型部材１２５よりも薄肉の側板１２７（１２７ａ、ｂ）が配設されている。図１０（ｃ）に示すブーム構造１２８は、略矩形断面の上側については、ブーム構造１２０と同様に、斜面部分を有するＬ字型部材１２９（１２９ａ、ｂ）と、Ｌ字型部材１２９で形成される角部の外側に配設されるＬ字型断面を有する補強部材１３０（１３０ａ、ｂ）とが設けられている。しかし、略矩形断面の下側については、コの字型断面を有するコ字型部材１３１が配設されている。
【００７５】
最後に、ブーム長手方向における補強部材の配設位置に関する変形例を図１１に示す。図１１（ａ）又は図１１（ｂ）に側面視を示すブーム構造１３２又は１３３は、いずれも略矩形断面の上下に補強部材１３４（１３４ａ、ｂ）又は１３５（１３５ａ、ｂ）を備えている。なお、図７に示すブーム構造６０と共通する部分には、同一の符号を付している。
【００７６】
図１１（ａ）に示すブーム構造１３２は、略矩形断面の上側に配設される補強部材１３４ａが、曲線部６１ｂから第２直線部６１ｃにわたる部分に延設され、略矩形断面の下側に配設される補強部材１３４ｂが、曲線部６１ｂから第１直線部６１ａにわたる部分に延設されている。これによると、第１実施形態で説明したように、高応力が発生する個所に効率よく補強部材１３４を配設することができる。また、図１１（ｂ）に示すブーム構造１３３は、略矩形断面の上下に配設される補強部材１３５ａ及び１３５ｂともに曲線部６１にのみ配設されている。このように、少なくとも、もっとも高い応力が発生する曲線部６１ｂには補強部材１３５を配設することで、ブームの疲労強度の向上と軽量化を図ることができる。
【００７７】
〔第３実施形態〕
つぎに、本発明の第３実施形態に係るブーム構造１３６について説明する。図１２は、ブーム構造１３６（ブーム部材１３６）を示しており、図１２（ａ）は、ブーム構造１３６の側面図を、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）のＣ−Ｃ線矢視断面図を示している。このブーム構造１３６は、第１及び第２実施形態と同様、油圧ショベル等の建設機械に用いられる。以下、第１及び第２実施形態と説明が重複する部分については適宜割愛しながら説明する。
【００７８】
ブーム構造１３６は、ブーム構造１と同様、略矩形断面を有し（図１２（ｂ）参照）、ブーム長手方向に、第１直線部１３７ａ、曲線部１３７ｂ、第２直線部１３７ｃを備え、への字状に形成されている。そして、アーム連結部１３８、ブラケット１３９、ボス部１４０、本体連結部１４１が設けられている。
【００７９】
ブーム構造１３６の断面（Ｃ−Ｃ線矢視断面）は、図１２（ｂ）に示すように、複数の部材１４２（１４２ａ、ｂ）、１４３（１４３ａ、ｂ）を用いて略矩形断面として形成されている。この複数の部材（１４２、１４３）のうち、略矩形断面の上下４隅の角部１４４（１４４ａ〜ｄ）を形成する部材には、略コの字型断面を有するコ字型部材が用いられている。そして、このコ字型部材１４２間には（コ字型部材１４２ａと１４２ｂとの間には）、コ字型部材１４２よりも薄肉の側板１４３（部材１４３）が配設されている。これらの複数の部材（１４２、１４３）が略突き合わされて溶接されることで略矩形断面が形成されている。なお、角部１４４は、コ字型部材における折り曲げ部分で形成されている。
【００８０】
また、図１２（ｂ）に示すように、略矩形断面の内側には、平板状の補強部材１４５（１４５ａ、ｂ）が配設されている。これらの補強部材１４５は、略矩形断面において、２つの角部（１４４ａ及び１４４ｂ、又は、１４４ｃ及び１４４ｄ）とともに閉じられた断面を形成するように、それぞれ架け渡されている。即ち、略矩形断面の上面１４６ａ側と下面１４６ｂ側とにそれぞれ略平行に補強部材１４５ａと１４５ｂとが架け渡され、ブーム長手方向に延びる各補強部材１４５の各両端部がそれぞれ略矩形断面の内側に対して溶接で接合されている。そして、図１２（ａ）に点線で示すように、補強部材１４５は、ブーム長手方向における第１直線部１３７ａ、曲線部１３７ｂ、第２直線部１３７ｃの全てにわたって略矩形断面の上下に配設されている。即ち、少なくとも曲線部１３７ｂには、略矩形断面の上下少なくとも一方の角部１４４とともに閉じられた断面を形成するように補強部材１４５が設けられている。
【００８１】
以上説明したブーム構造１３６によると、第２実施形態に係るブーム構造と同様に、高応力となる角部では母材の強度を確保できるとともに、疲労強度が問題となる曲線部において、略矩形断面の上下の少なくとも一方の角部に閉断面を形成するように補強部材が配設されるため、ブーム構造１３６の断面２次モーメントを高めることができ、疲労強度の向上を図ることができる。また、略矩形断面の上下面と対向して架け渡されるように配設されることになる補強部材によって、掘削作業時に両側板が内側に撓もうとする断面変形を効率よく抑制し、疲労強度を向上させることができる。したがって、このブーム構造１３６によると、角部１４４の疲労強度が向上しているため、薄肉の部材１４２、１４３を用いて、従来よりもブーム部材のトータル重量を軽くし、且つ、従来と同等以上の疲労強度を確保することができる。即ち、補強のためブームを構成する板材を厚くする場合や隔壁等を用いる場合に比べ、少ない材料で十分な疲労強度を確保でき、軽量化を図ることができるため、ブームの疲労強度を向上させるとともに、軽量化を図ることができるブーム構造を提供できる。
【００８２】
（変形例）
つぎに、第３実施形態に係るブーム構造の略矩形断面の構造に関する変形例について説明する。なお、以下に説明する第３実施形態に係る変形例（図１３）は、いずれもブーム構造の曲線部における断面（図１２のＣ−Ｃ線矢視断面に相当する断面）を示している。そして、ブーム構造１３６と同様に、補強部材を略矩形断面における２つの角部とともに閉じられた断面を形成するように、それぞれ架け渡されているものである。以下、ブーム構造１３６と異なる個所のみ説明する。
【００８３】
図１３（ａ）に示すブーム構造１４６は、ブーム構造１３６と同様にコ字型部材１４７（１４７ａ、ｂ）と側板１４８（１４８ａ、ｂ）とで略矩形断面が形成されているが、略矩形断面の上側にのみ、２つの角部（１４９ａ、１４９ｂ）とともに閉じられた断面を形成する補強部材１５０が架け渡されている。
【００８４】
図１３（ｂ）に示すブーム構造１５１は、ブーム構造１３６と同様に、コ字型部材１５２（１５２ａ、ｂ）と側板１５３（１５３ａ、ｂ）とで略矩形断面が形成され、２つの角部とともに閉じられた断面を形成する補強部材１５４（１５４ａ、ｂ）が、略矩形断面の上下それぞれに架け渡されている。しかし、補強部材１５４のブーム長手方向に延びる各両端部には、折り曲げ部１５５がそれぞれ設けられている。この折り曲げ部１５５を設けることで、補強部材１５４の断面２次モーメントを高め、さらにブームの疲労強度を向上させることができる。
【００８５】
図１３（ｃ）に示すブーム構造１５６は、略矩形断面の各角部１５７（１５７ａ〜ｄ）を形成する部材に、Ｌ字型断面を有するＬ字型部材１５８（１５８ａ〜ｄ）が用いられている。即ち、各Ｌ字型部材１５８の折り曲げ部分が、それぞれ各角部１５７を形成し、平板状の補強部材１５９（１５９ａ、ｂ）は、２つのＬ字型部材間（Ｌ字型部材１５８ａと１５８ｂとの間、又は１５８ｃと１５８ｄとの間）にそれぞれ架け渡されている。
【００８６】
図１３（ｄ）に示すブーム構造１６０は、ブーム構造１３６と同様に、コ字型部材１６１（１６１ａ、ｂ）と側板１６２（１６２ａ、ｂ）とで略矩形断面が形成されているが、補強部材１６３が、両側板間（側板１６２ａと１６２ｂとの間）に架け渡されている。このように補強板１６３を設けても、ブーム構造の断面２次モーメントを高め、疲労強度を向上させることができる。
【００８７】
なお、ブーム長手方向に関しては、第２実施形態における図１１に示す変形例を第３実施形態においても同様に適用することができる。
【００８８】
【発明の効果】
請求項１の発明によると、ブーム構造の略矩形断面における角部の疲労強度が問題となる曲線部において、略矩形断面の上下の少なくとも一方の角部に、閉じられた断面をもつ管が用いられているため、溶接部分の位置を角部から離れた位置に配置することができ、高応力となる角部では母材の強度が確保できることになる。これにより、略矩形断面の角部の疲労強度の向上を図ることができる。また、管の外形のうち、略矩形断面の外形を構成しない部分は、略矩形断面の内部側に位置することになり、補強部材としての機能を果たすことができる。したがって、このブーム構造によると、補強のためブームを構成する板材を厚くする場合や隔壁等を用いる場合に比べ、軽量化を図ることができる。すなわち、ブームの疲労強度を向上させ、軽量化を図ることができる。
【００８９】
請求項２の発明によると、管に形成された平坦部分で略矩形断面の外形の一部を構成することができ、角部に配置される管を用いて略矩形断面のブーム構造を容易に構築できる。また、管と他の部材とを接合して略矩形断面を形成する場合に、他の部材を管の平坦部分と接合することができ、接合が容易に行える。
【００９０】
請求項３の発明によると、平板部分を有する部材の端部を、角部から遠ざけた位置で管と溶接することができ、角部からより離れた個所に溶接部分が位置する略矩形断面のブーム構造とすることができる。
【００９１】
請求項４の発明によると、略矩形断面の上下の角部において母材の強度が得られるとともに、管の外形のうち、２つの角部を形成しない側に位置し、略矩形断面の外形を構成しない部分にて、ブーム構造の両側板間を架橋する補強板としての機能を果たすことができる。
【００９２】
請求項５の発明によると、管の外形のうち、２つの角部を形成しない側に位置し、略矩形断面の外形を構成しない部分にて、ブーム構造の両側板間を架橋する補強板としての機能を果たすともに、さらに、ブーム構造の幅方向の曲げに対する強度や捩じり方向に対する強度も向上させることができる。
【００９３】
請求項６の発明によると、角部に配設された各管が、それぞれ角部において母材強度を確保するとともに、略矩形断面の外形を構成しない部分にて、各角部をそれぞれ補強することができる。
【００９４】
請求項７の発明によると、管の内部側にくぼむ段部に対して、略矩形断面を構成する部材の平板部分の端部を嵌め合わすようにして溶接できるため、溶接が容易に行える。また、安定した溶接が可能なため、溶接部分の接合強度も確保し易い。
【００９５】
請求項８の発明によると、高応力が発生する個所に効率よく管を配設し、ブームの軽量化を図ることができる。
【００９６】
請求項９の発明によると、継ぎ目無し鋼管または電縫管を変形させた異形管を用いることで、略矩形断面の角部に、閉じられた断面をもつ管を容易に配設することができる。
【００９７】
請求項１０の発明によると、略矩形断面を有するブーム部材であって、ブームの長手方向に、第１直線部と、この第１直線部に連なる曲線部と、この曲線部に連なる第２直線部とを備え、曲線部における略矩形断面の角部に、閉じられた断面をもつ管を用いたブーム部材を容易に製造することができる。すなわち、溶接部分の位置を角部から離れた位置に配置し、高応力となる角部では母材の強度が確保できるブーム部材を製造できる。したがって、疲労強度を向上させるとともに、軽量化を図ることができるブーム部材を製造することができる。
【００９８】
請求項１１の発明によると、略矩形断面の４隅の角部は、部材の折り曲げ部分で形成されている。このため、略矩形断面を構成する部材の突き合わせ溶接部分を、角部から離れた位置に配置することができ、高応力となる角部では母材の強度を確保することができる。そして、疲労強度が問題となる曲線部において、略矩形断面の上下の少なくとも一方の角部に閉断面を形成するように補強部材が配設されるため、ブーム構造の断面２次モーメントを高めることができ、疲労強度の向上を図ることができる。したがって、補強のためブームを構成する板材を厚くする場合や隔壁等を用いる場合に比べ、少ない材料で十分な疲労強度を確保でき、軽量化を図ることができる。即ち、ブームの疲労強度を向上させるとともに、軽量化を図ることができるブーム構造を提供できる。
【００９９】
請求項１２の発明によると、略矩形断面の各角部が、Ｌ字型部材の折り曲げ部分でそれぞれ形成されるため、略矩形断面を構成する部材の突き合わせ溶接部分を角部から離れた位置に配置することができ、高応力となる角部では母材の強度を確保することができる。
【０１００】
請求項１３の発明によると、略矩形断面の各２つの角部が、コ字型部材の２つの折り曲げ部分にてそれぞれ形成されるため、略矩形断面を構成する部材の突き合わせ溶接部分を角部から離れた位置に配置することができ、高応力となる角部では母材の強度を確保することができる。
【０１０１】
請求項１４の発明によると、略矩形断面のブーム構造の断面２次モーメントを高めるとともに、疲労強度が問題となる角部をそれぞれ補強することができる。したがって、効率よく補強部材を配設することができ、疲労強度向上と軽量化との両立が図れる。
【０１０２】
請求項１５の発明によると、角部を内側から補強するため、掘削作業時に両側板が内側に撓もうとする断面変形を効率よく抑制し、疲労強度を向上させることができる。
【０１０３】
請求項１６の発明によると、角部を外側から補強するため、ブーム構造の断面２次モーメントを高め、疲労強度を向上させることができる。
【０１０４】
請求項１７の発明によると、略矩形断面のブーム構造の断面２次モーメントを高めるとともに、略矩形断面の上下面と対向して架け渡されるように配設されることになる補強部材によって、掘削作業時に両側板が内側に撓もうとする断面変形を効率よく抑制し、疲労強度を向上させることができる。したがって、効率よく補強部材を配設することができ、疲労強度向上と軽量化との両立が図れる。
【０１０５】
請求項１８の発明によると、あまり高い疲労強度が必要でない両側板部分には、角部を形成する部材よりも薄肉の側板を用いることで、より軽量化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係るブーム構造を示しており、図１（ａ）は側面図を、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線矢視断面の模式図を示している。
【図２】第１実施形態に係るブーム構造の製造方法の製造工程の概略を説明する図である。
【図３】第１実施形態に係るブーム構造の変形例を示す図であって、変形例に係る各ブーム構造の略矩形断面を示したものである。
【図４】第１実施形態に係るブーム構造の変形例を示す図であって、ブーム長手方向における管の配設位置に関する変形例を示す側面図である。
【図５】略矩形断面を有するブーム部材が用いられる油圧ショベルの側面図である。
【図６】図６（ａ）は、従来の技術におけるブーム構造の断面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）に示すブーム構造に、掘削作業時の曲げ変形が加わった状態を示したものである。
【図７】第２実施形態に係るブーム構造を示しており、図７（ａ）は側面図を、図７（ｂ）は図７（ａ）のＢ−Ｂ線矢視断面の模式図を示している。
【図８】第２実施形態に係るブーム構造の変形例を示す図であって、変形例に係る各ブーム構造の略矩形断面を示したものである。
【図９】第２実施形態に係るブーム構造の変形例を示す図であって、変形例に係る各ブーム構造の略矩形断面を示したものである。
【図１０】第２実施形態に係るブーム構造の変形例を示す図であって、変形例に係る各ブーム構造の略矩形断面を示したものである。
【図１１】第２実施形態に係るブーム構造の変形例を示す図であって、ブーム長手方向における補強部材の配設位置に関する変形例を示す側面図である。
【図１２】第３実施形態に係るブーム構造を示しており、図１２（ａ）は側面図を、図１２（ｂ）は図１２（ａ）のＣ−Ｃ線矢視断面の模式図を示している。
【図１３】第３実施形態に係るブーム構造の変形例を示す図であって、変形例に係る各ブーム構造の略矩形断面を示したものである。
【符号の説明】
１、２１〜２９ ブーム構造
２ａ 第１直線部
２ｂ 曲線部
２ｃ 第２直線部
８、８ａ〜ｄ、３５ａ〜ｄ、３８ａ〜ｄ 角部
９、３１、３２、３６、３９、４４、５１、５２ 管
１０、１１ 平坦部分
【発明の属する技術分野】
本発明は、建設機械に用いられ、略矩形断面を有するブーム構造及びブーム部材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
油圧ショベル等の建設機械においては、下部走行体に上部旋回体が設けられ、上部に搭載したブーム、アーム、バケット等のアタッチメントを操作して掘削作業等を行う。このような建設機械の例として、油圧ショベル１００の側面視を図５に示す。この油圧ショベル１００は、下部走行体１０１（クローラ）の上に上部旋回体１０２が旋回可能に設けられ、上部旋回体１０２には、ブーム１０３、アーム１０４、バケット１０５等で構成されるアタッチメントが取り付けられている。ブーム１０３、アーム１０４、バケット１０５は、それぞれブームシリンダ１０６、アームシリンダ１０７、バケットシリンダ１０８で駆動される。これらのアタッチメントにおいて、ブーム１０３、アーム１０４は掘削作業時に片持ち状態で荷重を支えるため、十分な強度が必要となる。一方、アタッチメント自体が機体（１０１、１０２）より前方に突出したオーバーハング状態（片持ち状態）で取り付けられているため、機体（１０１、１０２）との重量バランスの関係上、アタッチメントの軽量化も望まれる。そして、長くへの字状に形成されているブーム１０３が、アタッチメントの中でも最も重く、その軽量化がより重要となる。
【０００３】
図６（ａ）に、従来の技術におけるブーム構造１１０の断面形状を示す。このブーム構造１１０は、例えば、前述のブーム１０３に適用される。ブーム構造１１０は、上板１１０ａ、下板１１０ｂ、２枚の側板１１０ｃを４辺とする略矩形断面を有し、その４隅の角（かど）部が溶接で接合されている（溶接部分１１０ｄ）。前述のように、ブームには軽量化とともに十分な強度の確保が求められるため、ブーム構造１１０には、強度保持のため、ブームを構成する板材を厚くする構成、またスティフナと呼ばれる隔壁（図示せず）等を取り付けた構造などが用いられる。なお、ブーム構造は、基本的には、図６（ａ）に示すようなブーム構造１１０のように略矩形断面に構成されるのが一般的である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
油圧ショベル等において掘削作業を行う場合は、ブームには曲げモーメントが加わり、への字状に曲がったブームの曲線部をまっすぐに伸ばそうとする方向に曲げ変形が生じる（図５参照）。図６（ｂ）は、図６（ａ）に示すブーム構造１１０に、この掘削作業時の曲げ変形が加わった状態を誇張して示したものであり、ブームのへの字状の曲線部における断面を示している（図中点線が変形前の状態、実線が変形後の状態）。図６（ｂ）に示すように、ブーム構造１１０の４隅の溶接部分１１０ｄには、溶接線に直交する方向（図中矢印方向）の高い応力が作用することになる。しかし、溶接部分１１０ｄは、溶接線直交方向の応力を受ける場合、母材部分に比べると著しく強度が低下している。このため、掘削作業が繰り返し行われると、ブーム構造１１０には繰り返し応力が作用することになり、溶接部分１１０ｄの疲労寿命により、ブーム構造１１０の寿命が律速してしまうことになる。そのため、母材強度には余裕があるにもかかわらず、角部の溶接部分の疲労強度を確保するため、前述したように、補強のためブームを構成する板材を厚くしたり、隔壁等を設けたりせざるを得ず、ブームの重量増加を招いてしまうことになる。
【０００５】
略矩形断面を有するブーム構造としては、例えば、特開平１１−２００３９７号公報や、実開平４−５７５４２号公報等に記載されたものがある。しかし、特開平１１−２００３９７号公報に記載のブーム構造（箱型構造物）では、大きな補強板が必要なため、軽量化との両立は困難である。また、実開平４−５７５４２号公報に記載のブーム構造では、コの字型の左右側面板を突合わせ溶着する構造であるため溶接部分が４隅の角部には位置しないが、への字状の曲線部分（く字型）の前後で分割された前後ブロックを突合わせ溶着する構造であるため、この前後ブロックの接合部の強度確保が問題となる。なお、小型の油圧ショベルでは、１本のパイプを折り曲げてブーム構造を構成するものも知られているが、あくまで小型に適したものであり、大型ショベルへの適用に関しては強度的に改良の余地があった。
【０００６】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、建設機械に用いられ、略矩形断面を有するブームの疲労強度の向上を図るとともに、軽量化を図ることができるブーム構造を提供し、また、そのブーム部材の製造方法を提供することとを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載のブーム構造は、建設機械に用いられ、略矩形断面を有するブーム構造であって、ブームの長手方向に、第１直線部と、この第１直線部に連なる曲線部と、この曲線部に連なる第２直線部とを備え、ブーム長手方向における少なくとも前記曲線部には、前記略矩形断面における上下のうちの少なくとも一方に位置する角部が、閉じられた断面をもつ管を用いて形成されていることを特徴とする。
【０００８】
この構成によると、ブーム構造の略矩形断面における角部の疲労強度が問題となる曲線部において、略矩形断面の上下の少なくとも一方の角部に、閉じられた断面をもつ管が用いられているため、溶接部分の位置を角部から離れた位置に配置することができ、高応力となる角部では母材の強度が確保できることになる。これにより、略矩形断面の角部の疲労強度の向上を図ることができる。また、管の外形のうち、略矩形断面の外形を構成しない部分は、略矩形断面の内部側に位置することになり、補強部材としての機能を果たすことができる。したがって、このブーム構造によると、補強のためブームを構成する板材を厚くする場合や隔壁等を用いる場合に比べ、軽量化を図ることができる。すなわち、ブームの疲労強度を向上させ、軽量化を図ることができる。
【０００９】
請求項２に記載のブーム構造は、請求項１において、前記管には、ブーム長手方向に延びる平坦部分が形成されていることを特徴とする。
【００１０】
この構成によると、管に形成された平坦部分で略矩形断面の外形の一部を構成することができ、角部に配置される管を用いて略矩形断面のブーム構造を容易に構築できる。また、管と他の部材とを接合して略矩形断面を形成する場合に、他の部材を管の平坦部分と接合することができ、接合が容易に行える。
【００１１】
請求項３に記載のブーム構造は、請求項１または２において、少なくとも前記曲線部における前記略矩形断面は、前記管の外形の一部と、前記管に溶接される部材とで形成され、前記溶接される部材はブーム長手方向に延びる平板部分を有し、前記平板部分におけるブーム長手方向に延びる端部が、前記略矩形断面の外形に略沿う前記管の外形部分のうち、前記角部とは異なる曲折した部分と重なって溶接されていることを特徴とする。
【００１２】
この構成によると、平板部分を有する部材の端部を、角部から遠ざけた位置で管と溶接することができ、角部からより離れた個所に溶接部分が位置する略矩形断面のブーム構造とすることができる。
【００１３】
請求項４に記載のブーム構造は、請求項１〜３において、前記略矩形断面の上下に、それぞれ前記管が１本ずつ配設され、前記管のそれぞれが、前記角部を２つ形成していることを特徴とする。
【００１４】
この構成によると、略矩形断面の上下の角部において母材の強度が得られるとともに、管の外形のうち、２つの角部を形成しない側に位置し、略矩形断面の外形を構成しない部分にて、ブーム構造の両側板間を架橋する補強板としての機能を果たすことができる。
【００１５】
請求項５に記載のブーム構造は、請求項４において、前記管の外形部分であって前記略矩形断面の内部側に位置している部分に、前記管の内部側にくぼむ凹部が形成されていることを特徴とする。
【００１６】
この構成によると、管の外形のうち、２つの角部を形成しない側に位置し、略矩形断面の外形を構成しない部分にて、ブーム構造の両側板間を架橋する補強板としての機能を果たすともに、さらに、ブーム構造の幅方向の曲げに対する強度や捩じり方向に対する強度も向上させることができる。
【００１７】
請求項６に記載のブーム構造は、請求項１〜５のいずれかにおいて、前記略矩形断面の４隅に、それぞれ前記管が１本ずつ配設され、前記管のそれぞれが、前記角部を形成していることを特徴とする。
【００１８】
この構成によると、角部に配設された各管が、それぞれ角部において母材強度を確保するとともに、略矩形断面の外形を構成しない部分にて、各角部をそれぞれ補強することができる。
【００１９】
請求項７に記載のブーム構造は、請求項３〜６のいずれかにおいて、前記管の前記曲折した部分には、前記管の内部側にくぼむ段部が形成され、この段部に前記平板部分の前記端部が溶接されていることを特徴とする。
【００２０】
この構成によると、管の内部側にくぼむ段部に対して、略矩形断面を構成する部材の平板部分の端部を嵌め合わすようにして溶接できるため、溶接が容易に行える。また、安定した溶接が可能なため、溶接部分の接合強度も確保し易い。
【００２１】
請求項８に記載のブーム構造は、請求項１〜７のいずれかにおいて、前記第１直線部はアームが取り付けられる先端側に位置し、前記第２直線部は建設機械本体側に支持される支持側に位置し、前記略矩形断面の上側に配設される前記管は、前記曲線部から前記第２直線部にわたる部分に、前記略矩形断面の下側に配設される前記管は、前記曲線部から前記第１直線部にわたる部分に、それぞれ延設されていることを特徴とする。
【００２２】
アームを駆動するアームシリンダは、一般的に、ブームの曲線部と第１直線部の境界近傍に配設され、ブームを駆動するブームシリンダは、ブームの曲線部に配設される。そのため、ブームに負荷が作用すると、曲線部から第２直線部にわたる部分には略矩形断面の上側に、曲線部から第１直線部にわたる部分には略矩形断面の下側に、それぞれ高応力が発生し易い。したがって、本発明の構成によると、高応力が発生する個所に効率よく管を配設し、ブームの軽量化を図ることができる。
【００２３】
請求項９に記載のブーム構造は、請求項１〜８において、前記管は、継ぎ目無し鋼管または電縫管を変形させたものであることを特徴とする。
【００２４】
この構成によると、継ぎ目無し鋼管または電縫管を変形させた異形管を用いることで、略矩形断面の角部に、閉じられた断面をもつ管を容易に配設することができる。
【００２５】
請求項１０に記載のブーム部材の製造方法は、略矩形断面を有し、建設機械に用いられるブーム部材の製造方法であって、円管を外型ロール間を通過させることで異形管に成形し、前記異形管成形時に、前記異形管の長手方向に一部曲線部分を形成し、平板部分を有する部材を前記異形管と溶接することで、略矩形断面を形成するとともに、前記曲線部分を前記略矩形断面における上下のうちの少なくとも一方の角部に位置するように配設し、ブーム長手方向に、アームが取り付けられる第１直線部と、この第１直線部に連なり前記異形管の前記曲線部分を含む曲線部と、この曲線部に連なり建設機械本体側に支持される第２直線部とを備えるブーム部材を形成することを特徴とする。
【００２６】
この構成によると、略矩形断面を有するブーム部材であって、ブームの長手方向に、第１直線部と、この第１直線部に連なる曲線部と、この曲線部に連なる第２直線部とを備え、曲線部における略矩形断面の角部に、閉じられた断面をもつ管を用いたブーム部材を容易に製造することができる。すなわち、溶接部分の位置を角部から離れた位置に配置し、高応力となる角部では母材の強度が確保できるブーム部材を製造できる。したがって、疲労強度を向上させるとともに、軽量化を図ることができるブーム部材を製造することができる。
【００２７】
請求項１１に記載のブーム構造は、建設機械に用いられ、略矩形断面を有するブーム構造であって、ブームの長手方向に、第１直線部と、この第１直線部に連なる曲線部と、この曲線部に連なる第２直線部とを備え、前記略矩形断面は、複数の部材が略突き合わされて溶接されることで形成されるとともに、前記略矩形断面の４隅の角部は、前記部材における折り曲げ部分で形成されており、ブーム長手方向における少なくとも前記曲線部には、前記略矩形断面における上下のうちの少なくとも一方に位置する前記角部とともに閉じられた断面を形成するように架け渡される補強部材が設けられていることを特徴とする。
【００２８】
この構成によると、略矩形断面の４隅の角部は、部材の折り曲げ部分で形成されている。このため、略矩形断面を構成する部材の突き合わせ溶接部分を、角部から離れた位置に配置することができ、高応力となる角部では母材の強度を確保することができる。そして、疲労強度が問題となる曲線部において、略矩形断面の上下の少なくとも一方の角部に閉断面を形成するように補強部材が配設されるため、ブーム構造の断面２次モーメントを高めることができ、疲労強度の向上を図ることができる。したがって、補強のためブームを構成する板材を厚くする場合や隔壁等を用いる場合に比べ、少ない材料で十分な疲労強度を確保でき、軽量化を図ることができる。即ち、ブームの疲労強度を向上させるとともに、軽量化を図ることができるブーム構造を提供できる。
【００２９】
請求項１２に記載のブーム構造は、請求項１１において、前記複数の部材のうち、前記略矩形断面の前記角部を形成する前記部材には、略Ｌ字型断面を有するＬ字型部材が用いられていることを特徴とする。
【００３０】
この構成によると、略矩形断面の各角部が、Ｌ字型部材の折り曲げ部分でそれぞれ形成されるため、略矩形断面を構成する部材の突き合わせ溶接部分を角部から離れた位置に配置することができ、高応力となる角部では母材の強度を確保することができる。
【００３１】
請求項１３に記載のブーム構造は、請求項１１において、前記複数の部材のうち、前記略矩形断面の前記角部を形成する前記部材には、略コの字型断面を有するコ字型部材が用いられていることを特徴とする。
【００３２】
この構成によると、略矩形断面の各２つの角部が、コ字型部材の２つの折り曲げ部分にてそれぞれ形成されるため、略矩形断面を構成する部材の突き合わせ溶接部分を角部から離れた位置に配置することができ、高応力となる角部では母材の強度を確保することができる。
【００３３】
請求項１４に記載のブーム構造は、請求項１１〜１３のいずれかにおいて、前記補強部材は、１つの前記角部とともに閉じられた断面を形成するように、それぞれ架け渡されていることを特徴とする。
【００３４】
この構成によると、略矩形断面のブーム構造の断面２次モーメントを高めるとともに、疲労強度が問題となる角部をそれぞれ補強することができる。したがって、効率よく補強部材を配設することができ、疲労強度向上と軽量化との両立が図れる。
【００３５】
請求項１５に記載のブーム構造は、請求項１４において、前記補強部材は、前記略矩形断面の内側に配設されていることを特長とする。
【００３６】
この構成によると、角部を内側から補強するため、掘削作業時に両側板が内側に撓もうとする断面変形を効率よく抑制し、疲労強度を向上させることができる。
【００３７】
請求項１６に記載のブーム構造は、請求項１４において、前記補強部材は、前記略矩形断面の外側に配設されていることを特徴とする。
【００３８】
この構成によると、角部を外側から補強するため、ブーム構造の断面２次モーメントを高め、疲労強度を向上させることができる。
【００３９】
請求項１７に記載のブーム構造は、請求項１１〜１３のいずれかにおいて、前記補強部材は、２つの前記角部とともに閉じられた断面を形成するように、それぞれ架け渡されていることを特徴とする。
【００４０】
この構成によると、略矩形断面のブーム構造の断面２次モーメントを高めるとともに、略矩形断面の上下面と対向して架け渡されるように配設されることになる補強部材によって、掘削作業時に両側板が内側に撓もうとする断面変形を効率よく抑制し、疲労強度を向上させることができる。したがって、効率よく補強部材を配設することができ、疲労強度向上と軽量化との両立が図れる。
【００４１】
請求項１８に記載のブーム構造は、請求項１２〜１７のいずれかにおいて、前記略矩形断面の前記角部を形成する前記部材間には、この部材よりも薄肉の側板が配設されていることを特徴とする。
【００４２】
この構成によると、あまり高い疲労強度が必要でない両側板部分には、角部を形成する部材よりも薄肉の側板を用いることで、より軽量化を図ることができる。
【００４３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１〜第３実施形態に係るブーム構造を図面に基づいて説明する。
【００４４】
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係るブーム構造１（ブーム部材１）を示しており、図１（ａ）は、ブーム構造１の側面図を、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線矢視断面の模式図を示している。このブーム構造１は、油圧ショベル等の建設機械に用いられる。例えば、図５に示す油圧ショベル１００のブーム１０３に用いられる。
【００４５】
図１に示すように、ブーム構造１は、略矩形断面（図１（ｂ）参照）を有し、ブーム長手方向に、第１直線部２ａと、第１直線部２ａに連なる曲線部２ｂと、曲線部２ｂに連なる第２直線部２ｃとを備え、への字状に形成されている。第１直線部２ａの先端には図示しないアーム（例えば、図５のアーム１０４）を回動自在に支持するアーム連結部３が取り付けられている（即ち、第１直線部２ａはアームが取り付けられる先端側に位置している）。また、曲線部２ｂにおける上側（への字状の出っ張り側）には、図示しないアームシリンダ（例えば、図５のアームシリンダ１０７）を取り付けるためのブラケット４が設けられている。そして、曲線部２ｂの両側面には、図示しないブームシリンダ（例えば、図５のブームシリンダ１０６）の先端が回動自在に取り付けられるためのボス部５が設けられている。また、第２直線部２ｃの端部には、図示しない建設機本体（例えば、図５の上部旋回体１０２）と回動自在に連結される本体連結部６が設けられている（即ち、第２直線部２ｃは建設機本体側に支持される支持側に位置している）。
【００４６】
ブーム構造１の曲線部２ｂにおける断面（Ａ−Ａ線矢視断面）は、図１（ｂ）に示すように略矩形断面として形成されている。そして、この略矩形断面の上下４隅に位置する角（かど）部８ａ〜８ｄ（以下、「角部８」ともいう）は、閉じられた断面をもつ管９ａ、９ｂを用いて形成されている。すなわち、略矩形断面の上下に、それぞれ管９ａ又は９ｂ（以下、「管９」ともいう）が１本ずつ配設され、管９のそれぞれが、その外形の一部で角部を２つ（角部８ａ及び８ｂ、または角部８ｃ及び８ｄ）形成している。
【００４７】
曲線部２ｂにおける角部８を形成している管９は、ブーム長手方向の第１直線部２ａ、曲線部２ｂ、第２直線部２ｃの全てにわたって略矩形断面の上下に配設されている（図１（ａ）参照）。この管９には、ブーム長手方向に延びる平坦部分１０（１０ａ〜ｄ）、１１（１１ａ〜ｄ）が形成されている。すなわち、管９ａには、上面１０ａ、側面１０ｂ及び１０ｃ、下面１０ｄが形成されており、管９ｂには、上面１１ａ、側面１１ｂ及び１１ｃ、下面１１ｄが形成されている。そして、管９の外形の一部を構成している上面１０ａ、側面１０ｂ、１０ｃ、側面１１ｂ、１１ｃ、下面１１ｄが、略矩形断面の一部を構成している。なお、この管９は、継ぎ目無し鋼管（シームレスパイプ）または電縫管を変形させた異形管として形成されている。
【００４８】
略矩形断面は、上述した管９の外形の一部（１０ａ〜ｃ、１１ｂ〜ｄ）と、管９に溶接される部材１２とで形成される。この部材１２は、ブーム長手方向に延びる平板状に形成されている（即ち、ブーム長手方向に延びる平板部分１２ａ又は１２ｂを有している）。そして、平板部分１２ａ又は１２ｂにおけるブーム長手方向に延びる端部１２ｃ〜１２ｆが、略矩形断面の外形に略沿う管９の外形部分のうち、角部８とは異なる曲折した部分１３と重なって溶接されている。なお、曲折した部分１３には、管９の内部側にくぼむ段部１３ａ〜ｄが形成され、この段部１３ａ〜ｄに平板部分１２ａ、１２ｂの端部１２ｃ〜ｆが溶接されている。
【００４９】
以上説明したブーム構造１によると、ブーム構造の略矩形断面における角部８の疲労強度が問題となる曲線部２ｂにおいて、角部８に閉じられた断面をもつ管９が用いられているため、溶接部分の位置を角部８から離れた位置に配置することができる。すなわち、管９における角部８から離れた曲折した部分１３と、平板部分１２の端部（１２ｃ〜ｆ）とで溶接することができる。これにより、高応力となる角部８では母材の強度が確保できることになる。したがって、略矩形断面の角部８の疲労強度がブームの疲労寿命を律速させてしまうことを緩和し、ブームの疲労強度の向上を図ることができる。また、管９の外形のうち、略矩形断面の外形を構成しない部分、即ち管９ａの下面１０ｄと管９ｂの上面１１ａとは、略矩形断面の内部側に位置することになり、補強部材としての機能を果たし、略矩形断面の変形を防止することができる。そして、このブーム構造１によると、角部８の疲労強度が向上しているため、薄肉の管材料を用いて、従来よりもブーム部材のトータル重量を軽くし、且つ、従来と同等以上の疲労強度を確保することができる。即ち、補強用にブームを構成する板材を厚くする場合や隔壁等を用いる場合に比べ、ブームの軽量化が図れる。
【００５０】
つぎに、ブーム部材１の製造方法について図２を参照しながら説明する。図２（ａ）は、管９を構成する素材である継ぎ目無し鋼管や電縫管等の円管１４の断面図を示している。この円管１４を外型ロール間を通過させることで異形管に成形する。図２（ｂ）は、円管１４を外型ロール１５間を通過させて異形管９（図１（ｂ）における管９に相当）に成形する過程における管断面と外型ロール（１５ａ〜ｄ）との状態を示したものである。すなわち、図中一点鎖線で示す回転軸をもつロール１５ａ〜ｄが４方に配設されて外型ロール１５を構成し、この１組のロールセット（１５ａ〜ｄ）が、直列に（紙面垂直方向に）複数スタンド（複数組）配列され、この複数スタンドの外型ロール１５間を順次通過させながら円管１４を徐々に変形して異形管９に成形する。これにより、図２（ｃ）に示す異形管９（管９ａ、９ｂ）が得られる。なお、ロール１５ｄのように、ロールバレルに凹凸を設けることで、曲折した部分１３（段部１３ａ〜ｄ）を成形することができる。
【００５１】
上記のように、円形１４から異形管９を成形する方法としては、円管を外型ロール間に押し込みながら成形するエクスト・ロール方式、円管を主として上流スタンドの外型ロールで送り出しながら下流スタンドの外型ロールで形状を整えていくロールフォーミング方式、円管の先端に口部を形成し、この口部を引っ張り出しながら外型ロール間で引抜き加工を行うドローベンチ方式などが用いられる。そして、これらの方式により円管１４から異形管９を成形する際に、円管１４（異形管９）の通過方向の角度を変更することで、異形管の長手方向に一部曲線部分を形成する。なお、異形管９の成形時において、円管１４（異形管９）の内部に中子を嵌挿し、外型ロール（ダイス）と中子（プラグ）とで、より精密に成形を行うものであってもよい。
【００５２】
図２（ｃ）に示す異形管９（管９）が得られると、図２（ｄ）に示すように、この管９を管９ａ、９ｂとしてそれぞれ上下に配置し、両側面に平板部分（１２ａ、１２ｂ）を有する部材１２をそれぞれ配置し、これらを溶接して略矩形断面を形成する（図中矢印で示す方向に接合する）。すなわち、端部１２ｃ〜ｆをそれぞれ段部１３ａ〜ｄと溶接する。このとき、異形管９の長手方向に形成した前述の曲線部分を略矩形断面における上下のうちの少なくとも一方の角部に位置するように配設する（ブーム部材１では、上下両方の角部８に管９が配設されている）。これにより、図２（ｅ）に示すように略矩形断面をし、図１（ａ）に示すように、ブーム長手方向に、アームが取り付けられる第１直線部２ａと、第１直線部２ａに連なり異形管９の曲線部分を含む曲線部２ｂと、曲線部２ｂに連なり建設機械本体側に支持される第２直線部２ｃとを備えるブーム部材１を形成することができる。したがって、図２（ｅ）に示すように、溶接部分１６ａ〜ｄの位置を角部８（８ａ〜ｄ）から離れた位置に配置し、高応力となる角部８では母材の強度が確保できるブーム部材１を製造できる。
【００５３】
（変形例）
つぎに、本発明の第１実施形態に係るブーム構造の変形例について説明する。図３は、変形例に係る各ブーム構造の略矩形断面を示したものであり、いずれもブーム構造の曲線部における断面（図１のＡ−Ａ線矢視断面に相当する断面）を示している。管の外形の一部と管に溶接される部材とで形成される略矩形断面は、図３（ａ）〜（ｇ）に例示するように、種々の形態をとることができる。
【００５４】
図３（ａ）に示すブーム構造２１では、２本の長方形断面の管３１、３２と２枚の平板部材３３、３４（平板部分３３、３４）とで略矩形断面が形成されている。平板部材３３、３４の端部（３３ａ、３３ｂ、３４ａ、３４ｂ）は、管３１、３２における略矩形断面の角部３５ａ〜ｄとは異なる曲折した部分（３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂ）と重なって溶接されている。また、図３（ｂ）に示すブーム構造２２では、１本の長方形断面の管３６が、略矩形断面の上側に配設され、これにコの字型断面の部材３７が溶接されて略矩形断面が形成されている。即ち、略矩形断面における上側の角部３６ａ、３６ｂは、管３４によって形成され、下側の角部３６ｃ、３６ｄは、部材３５によって形成されている。部材３５の両側面を成す平板部分３５ａ、３５ｂの各端部３５ｃ、３５ｄは、管３４における略矩形断面の角部３６ａ、３６ｂとは異なる曲折した部分３４ａ、３４ｂと重なって溶接されている。なお、ブーム構造２１及び２２においては、曲折した部分に、段部は形成されていない。
【００５５】
図３（ｃ）に示すブーム構造２３は、略矩形断面の４隅に、それぞれ三角形断面の管３９（３９ａ〜ｄ）が１本ずつ配設され、これらの各管３９と各平板部材４１（４１ａ〜ｄ）とが溶接され、略矩形断面が構成されている。略矩形断面の角部４０ａ〜ｄは、各管３９のそれぞれによって形成されている。管３９における角部４０ａ〜ｄとは異なる曲折した部分４２ａ〜ｈは、平板部材４１の端部４３ａ〜ｈと重なって溶接されている。このように、略矩形断面の４隅にそれぞれ１本ずつ管３９を配置すると、それぞれ角部４０ａ〜ｄにおいて母材強度を確保できるとともに、管３９における略矩形断面の外形を構成しない部分にて、各角部４０ａ〜ｄをそれぞれ補強することができる。
【００５６】
図３（ｄ）及び図３（ｅ）に示すブーム構造２４または２５は、ブーム構造１、２１、２２と同様、略矩形断面の上下に配設された２本の管４４または４７と、略矩形断面の両側面を形成する２枚の平板部材４５または４８とそれぞれ構成される。しかし、ブーム構造２４または２５は、管４４または４７の外形部分であって略矩形断面の内側に位置している部分に、管４４または４７の内部側にくぼむ凹部４６または４９が形成されている。すなわち、図１に示すブーム構造１において、管９ａの下面１０ｄと管９ｂの上面１１ａとに、管９ａ及び９ｂの内部側にくぼむ凹部が形成されているものに相当する。なお、凹部４６はアーチ状に、凹部４９は台形状に形成されている。このように、凹部４６または４９を形成することで、ブーム構造の幅方向の曲げに対する強度や捩じり方向に体する強度も向上させることができる。
【００５７】
図３（ｆ）に示すブーム構造２６は、図３（ｃ）のブーム構造２３において曲折した部分４２ａ〜ｈに段部をそれぞれ形成し、この段部に端部４３ａ〜ｈを溶接したものに相当する。このように段部を形成することで、略矩形断面の４隅にそれぞれ管を設けたブーム構造においても、溶接性を改善できる。また、図３（ｇ）に示すブーム構造２７は、図３（ａ）のブーム構造２１において角部３５ａ〜ｄに斜面部分を形成したものである。このように、略矩形断面の形状としては、必ずしも直角に形成された角部を有するものに限らず、角部に斜面部分やＲ部などを形成した種々の形態を選択し得る。
【００５８】
最後に、ブーム長手方向における管の配設位置に関する変形例を図４に示す。図４（ａ）または図４（ｂ）に側面視を示すブーム構造２８または２９は、いずれも略矩形断面の上下に管５１（５１ａ、５１ｂ）または５２（５２ａ、５２ｂ）を有している。なお、図１に示すブーム構造１と共通する部分には、同一の符号を付している。
【００５９】
図４（ａ）のブーム構造２８は、略矩形断面の上側に配設される管５１ａが、曲線部２ｂから第２直線部２ｃにわたる部分に延設され、略矩形断面の下側に配設される管５１ｂが、曲線部２ｂから第１直線部２ａにわたる部分に延設されている。油圧ショベル等のアタッチメントにおいては、アームを駆動するアームシリンダは、曲線部２ｂとブーム先端側のアームとの間における略矩形断面の上方に配設され、ブームを駆動するブームシリンダは、曲線部２ｂとブーム支持側の建設機本体との間における略矩形断面に下方に配設される（図５参照）。そのため、ブームに負荷が作用すると、曲線部２ｂから第２直線部２ｃにわたる部分には略矩形断面の上側に、曲線部２ｂから第１直線部２ａにわたる部分には略矩形断面の下側に、それぞれ高応力が発生し易い。したがって、ブーム構造２８の構成によると、高応力が発生する個所に効率よく管５１を配設することができ、さらなる軽量化が図れる。
【００６０】
図４（ｂ）のブーム構造２９は、略矩形断面の上下に配設される管５２ａ及び５２ｂともに曲線部２ｂにのみ配設されている。このように、少なくとも、もっとも高い応力が発生する曲線部２ｂには管５２を配設することで、ブームの疲労強度の向上と軽量化を図ることができる。
【００６１】
〔第２実施形態〕
つぎに、本発明の第２実施形態に係るブーム構造６０について説明する。図７は、ブーム構造６０（ブーム部材６０）を示しており、図７（ａ）は、ブーム構造６０の側面図を、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＢ−Ｂ線矢視断面の模式図を示している。このブーム構造６０は、第１実施形態のブーム構造１と同様、油圧ショベル等の建設機械に用いられる。以下、第１実施形態と説明が重複する部分については適宜割愛しながら説明する。
【００６２】
ブーム構造６０は、ブーム構造１と同様、略矩形断面を有し（図７（ｂ）参照）、ブーム長手方向に、第１直線部６１ａと、第１直線部６１ａに連なる曲線部６１ｂと、曲線部６１ｂに連なる第２直線部６１ｃとを備え、への字状に形成されている。また、ブーム構造１と同様に、アーム連結部６３と、ブラケット６４と、ボス部６５と、本体連結部６６とが設けられている。
【００６３】
ブーム構造６０の断面（Ｂ−Ｂ線矢視断面）は、図１（ｂ）に示すように、複数の部材６７（６７ａ〜ｄ）を用いて略矩形断面として形成されている。この複数の部材６７のうち、略矩形断面の上下４隅の角部６８（６８ａ〜ｄ）を形成する部材６７ａ〜ｄ（ブーム構造６０においては、部材６７の全てが該当する）には、略Ｌ字型断面を有するＬ字型部材６７（６７ａ〜ｄ）が用いられており、これら複数の部材６７ａ〜ｄが略突き合わされて溶接されることで略矩形断面が形成されている。即ち、角部６８は、Ｌ字型部材６７における折り曲げ部分で形成されている。そして、Ｌ字型部材６７におけるブーム長手方向に延びる端部同士が突き合わせ溶接され、溶接部分６９（６９ａ〜ｄ）が形成されている。
【００６４】
また、図７（ｂ）に示すように、略矩形断面の内側には、平板状の補強部材７０（７０ａ〜ｄ）が配設されている。これらの補強部材７０は、略矩形断面において、１つの角部６８とともに閉じられた断面を形成するように、それぞれ架け渡されている。即ち、各補強部材７０は、各角部６８に対向するように設けられており、ブーム長手方向に延びる各補強部材７０の各両端部がそれぞれ略矩形断面の内側に対して溶接で接合されている。そして、図７（ａ）に点線で示すように、補強部材７０は、ブーム長手方向における第１直線部６１ａ、曲線部６１ｂ、第２直線部６１ｃの全てにわたって略矩形断面の上下に配設されている。即ち、ブーム長手方向における少なくとも曲線部６１ｂには、略矩形断面のおける上下のうちの少なくとも一方に位置する角部６８とともに閉じられた断面を形成するように補強部材７０が架け渡されていることになる。
【００６５】
以上説明したブーム構造６０によると、略矩形断面の４隅の角部は、部材の折り曲げ部分で形成されている。このため、略矩形断面を構成する部材の突き合わせ溶接部分を、角部から離れた位置に配置することができ、高応力となる角部では母材の強度を確保することができる。そして、疲労強度が問題となる曲線部において、略矩形断面の上下の少なくとも一方の角部に閉断面を形成するように補強部材が配設されるため、ブーム構造６０の断面２次モーメントを高めることができ、疲労強度の向上を図ることができる。したがって、このブーム構造６０によると、角部６８の疲労強度が向上しているため、薄肉のＬ字型部材６７を用いて、従来よりもブーム部材のトータル重量を軽くし、且つ、従来と同等以上の疲労強度を確保することができる。即ち、補強のためブームを構成する板材を厚くする場合や隔壁等を用いる場合に比べ、少ない材料で十分な疲労強度を確保でき、軽量化を図ることができるため、ブームの疲労強度を向上させるとともに、軽量化を図ることができるブーム構造を提供できる。
【００６６】
（変形例）
つぎに、第２実施形態に係るブーム構造の略矩形断面の構造に関する変形例について説明する。なお、以下に説明する第２実施形態に係る変形例（図８〜１０）は、いずれもブーム構造の曲線部における断面（図７のＢ−Ｂ線矢視断面に相当する断面）を示している。そして、ブーム構造６０と同様に、補強部材を略矩形断面における１つの角部とともに閉じられた断面を形成するように、それぞれ架け渡されているものである。以下、ブーム構造６０と異なる個所のみ説明する。
【００６７】
まず、図８に示す各変形例（図８（ａ）〜（ｄ））は、いずれもＬ字型部材を用いて略矩形断面の各角部を形成した例を示すものである。図８（ａ）に示すブーム構造７１は、ブーム構造６０と同様に４つのＬ字型部材７２（７２ａ〜ｄ）で略矩形断面が形成されているが、各角部７３（７３ａ〜ｄ）のうち、上側の角部７３ａ及び７３ｂに対向する個所にのみ、角部とともに閉じられた断面を形成する補強部材７４（７４ａ、ｂ）がそれぞれ架け渡されている。このように、とくに略矩形断面の上側の角部の強度が問題となる場合は、その個所に優先して補強部材を配設することで、効率よく補強部材を配設して、疲労強度と軽量化との両立が図れる。
【００６８】
図８（ｂ）又は図８（ｃ）に示すブーム構造７５又は７６においては、いずれも、Ｌ字型部材７７（７７ａ〜ｄ）又は７８（７８ａ〜ｄ）で形成された略矩形断面の４隅の角部にそれぞれ対向する補強部材７９（７９ａ〜ｄ）又は８０（８０ａ〜ｄ）が配設されている。しかし、ブーム構造６０の場合と異なり、ブーム構造７５には、円弧状断面を持つ補強部材７９が用いられている。また、ブーム構造７６には、ブーム長手方向に延びる両端部にそれぞれ段部が形成された補強部材８０が用いられている。
【００６９】
図８（ｄ）に示すブーム８１は、略矩形断面の各角部８２（８２ａ〜ｄ）を形成する部材として、Ｌ字型部材８３（８３ａ〜ｄ）が用いられ、各角部８２に対向する個所に、それぞれ平板状の各補強部材８４（８４ａ〜ｄ）が架け渡されている。しかし、ブーム構造６０と異なり、Ｌ字型部材８３間には（Ｌ字型部材８３ａと８３ｃとの間、又は、Ｌ字型部材８３ｂと８３ｄとの間には）、このＬ字型部材８３よりも薄肉の側板８５（８５ａ、ｂ）が配設されている。角部８２と異なり、あまり高い疲労強度が必要でない両側板部分には、このように、角部を形成する部材よりも薄肉の側板を用いることで、より軽量化を図ることができる。
【００７０】
次に、図９に示す各変形例（図９（ａ）〜（ｄ））は、いずれも、略矩形断面を形成する複数の部材のうち角部を形成する部材に、略コの字型断面を有するコ字型部材を用いている例を示すものである。図９（ａ）に示すブーム構造８６は、コ字型部材８７（８７ａ、ｂ）が略突き合わされて溶接されることで略矩形断面が形成されている。そして、各角部８９（８９ａ〜ｄ）に対向する個所には、各角部８９とともにそれぞれ閉じられた断面を形成するように平板状の補強部材８８（８８ａ〜ｄ）が架け渡されている。
【００７１】
図９（ｂ）又は図９（ｃ）に示すブーム構造９０又は９１は、ブーム構造８６と同様、コ字型部材９２（９２ａ、ｂ）又は９３（９３ａ、ｂ）が突き合わせ溶接されることで略矩形断面が形成されている。しかし、ブーム構造９０においては、角部を補強する補強部材９４（９４ａ、ｂ）が、上側の角部に対向する個所にのみ配設されている。また、ブーム構造９１においては、４隅の各角部を補強する補強部材として、円弧状断面を有する補強部材９５（９５ａ〜ｄ）が用いられている。なお、図８（ｃ）に示すブーム構造７６と同様、段部を有する補強部材を用いてもよい。
【００７２】
図９（ｄ）に示すブーム構造９６は、略矩形断面の上下にそれぞれコ字型部材９７（９７ａ、ｂ）が配設され、各角部に対向する個所には、それぞれ各補強部材９８（９８ａ〜ｄ）が架け渡されているが、コ字型部材９７間には（コ字型部材９７ａと９７ｂとの間には）、このコ字型部材９６よりも薄肉の側板９９（９９ａ、ｂ）が配設されている。
【００７３】
次に、図１０に示す各変形例（図１０（ａ）〜（ｃ））は、いずれも、略矩形断面における角部とともに閉じられた断面を形成するように架け渡される補強部材が、略矩形断面の外側に配設されている例を示すものである。図１０（ａ）に示すブーム構造１２０は、４つの略Ｌ字型断面を有するＬ字型部材１２１（１２１ａ〜ｄ）で略矩形断面が構成されているが、４隅の角部１２２（１２２ａ〜ｄ）を形成する折り曲げ部分は２段階に折り曲げられており、斜面部分が形成されている。そして、この各角部１２２とともに閉じられた断面を形成するように略矩形断面の外側に、Ｌ字型断面を有する補強部材１２３（１２３ａ〜ｄ）が架け渡されている。
【００７４】
図１０（ｂ）に示すブーム構造１２４は、ブーム構造１２０と同様に、斜面部分を有するＬ字型部材１２５（１２５ａ〜ｄ）で略矩形断面の各角部が形成されており、各角部の外側にはＬ字型断面を有する補強部材１２６（１２６ａ〜ｄ）がそれぞれ設けられている。しかし、ブーム構造１２０と異なり、Ｌ字型部材１２５間には（Ｌ字型部材１２５ａと１２５ｃと間、又はＬ字型部材１２５ｂと１２５ｄとの間には）、このＬ字型部材１２５よりも薄肉の側板１２７（１２７ａ、ｂ）が配設されている。図１０（ｃ）に示すブーム構造１２８は、略矩形断面の上側については、ブーム構造１２０と同様に、斜面部分を有するＬ字型部材１２９（１２９ａ、ｂ）と、Ｌ字型部材１２９で形成される角部の外側に配設されるＬ字型断面を有する補強部材１３０（１３０ａ、ｂ）とが設けられている。しかし、略矩形断面の下側については、コの字型断面を有するコ字型部材１３１が配設されている。
【００７５】
最後に、ブーム長手方向における補強部材の配設位置に関する変形例を図１１に示す。図１１（ａ）又は図１１（ｂ）に側面視を示すブーム構造１３２又は１３３は、いずれも略矩形断面の上下に補強部材１３４（１３４ａ、ｂ）又は１３５（１３５ａ、ｂ）を備えている。なお、図７に示すブーム構造６０と共通する部分には、同一の符号を付している。
【００７６】
図１１（ａ）に示すブーム構造１３２は、略矩形断面の上側に配設される補強部材１３４ａが、曲線部６１ｂから第２直線部６１ｃにわたる部分に延設され、略矩形断面の下側に配設される補強部材１３４ｂが、曲線部６１ｂから第１直線部６１ａにわたる部分に延設されている。これによると、第１実施形態で説明したように、高応力が発生する個所に効率よく補強部材１３４を配設することができる。また、図１１（ｂ）に示すブーム構造１３３は、略矩形断面の上下に配設される補強部材１３５ａ及び１３５ｂともに曲線部６１にのみ配設されている。このように、少なくとも、もっとも高い応力が発生する曲線部６１ｂには補強部材１３５を配設することで、ブームの疲労強度の向上と軽量化を図ることができる。
【００７７】
〔第３実施形態〕
つぎに、本発明の第３実施形態に係るブーム構造１３６について説明する。図１２は、ブーム構造１３６（ブーム部材１３６）を示しており、図１２（ａ）は、ブーム構造１３６の側面図を、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）のＣ−Ｃ線矢視断面図を示している。このブーム構造１３６は、第１及び第２実施形態と同様、油圧ショベル等の建設機械に用いられる。以下、第１及び第２実施形態と説明が重複する部分については適宜割愛しながら説明する。
【００７８】
ブーム構造１３６は、ブーム構造１と同様、略矩形断面を有し（図１２（ｂ）参照）、ブーム長手方向に、第１直線部１３７ａ、曲線部１３７ｂ、第２直線部１３７ｃを備え、への字状に形成されている。そして、アーム連結部１３８、ブラケット１３９、ボス部１４０、本体連結部１４１が設けられている。
【００７９】
ブーム構造１３６の断面（Ｃ−Ｃ線矢視断面）は、図１２（ｂ）に示すように、複数の部材１４２（１４２ａ、ｂ）、１４３（１４３ａ、ｂ）を用いて略矩形断面として形成されている。この複数の部材（１４２、１４３）のうち、略矩形断面の上下４隅の角部１４４（１４４ａ〜ｄ）を形成する部材には、略コの字型断面を有するコ字型部材が用いられている。そして、このコ字型部材１４２間には（コ字型部材１４２ａと１４２ｂとの間には）、コ字型部材１４２よりも薄肉の側板１４３（部材１４３）が配設されている。これらの複数の部材（１４２、１４３）が略突き合わされて溶接されることで略矩形断面が形成されている。なお、角部１４４は、コ字型部材における折り曲げ部分で形成されている。
【００８０】
また、図１２（ｂ）に示すように、略矩形断面の内側には、平板状の補強部材１４５（１４５ａ、ｂ）が配設されている。これらの補強部材１４５は、略矩形断面において、２つの角部（１４４ａ及び１４４ｂ、又は、１４４ｃ及び１４４ｄ）とともに閉じられた断面を形成するように、それぞれ架け渡されている。即ち、略矩形断面の上面１４６ａ側と下面１４６ｂ側とにそれぞれ略平行に補強部材１４５ａと１４５ｂとが架け渡され、ブーム長手方向に延びる各補強部材１４５の各両端部がそれぞれ略矩形断面の内側に対して溶接で接合されている。そして、図１２（ａ）に点線で示すように、補強部材１４５は、ブーム長手方向における第１直線部１３７ａ、曲線部１３７ｂ、第２直線部１３７ｃの全てにわたって略矩形断面の上下に配設されている。即ち、少なくとも曲線部１３７ｂには、略矩形断面の上下少なくとも一方の角部１４４とともに閉じられた断面を形成するように補強部材１４５が設けられている。
【００８１】
以上説明したブーム構造１３６によると、第２実施形態に係るブーム構造と同様に、高応力となる角部では母材の強度を確保できるとともに、疲労強度が問題となる曲線部において、略矩形断面の上下の少なくとも一方の角部に閉断面を形成するように補強部材が配設されるため、ブーム構造１３６の断面２次モーメントを高めることができ、疲労強度の向上を図ることができる。また、略矩形断面の上下面と対向して架け渡されるように配設されることになる補強部材によって、掘削作業時に両側板が内側に撓もうとする断面変形を効率よく抑制し、疲労強度を向上させることができる。したがって、このブーム構造１３６によると、角部１４４の疲労強度が向上しているため、薄肉の部材１４２、１４３を用いて、従来よりもブーム部材のトータル重量を軽くし、且つ、従来と同等以上の疲労強度を確保することができる。即ち、補強のためブームを構成する板材を厚くする場合や隔壁等を用いる場合に比べ、少ない材料で十分な疲労強度を確保でき、軽量化を図ることができるため、ブームの疲労強度を向上させるとともに、軽量化を図ることができるブーム構造を提供できる。
【００８２】
（変形例）
つぎに、第３実施形態に係るブーム構造の略矩形断面の構造に関する変形例について説明する。なお、以下に説明する第３実施形態に係る変形例（図１３）は、いずれもブーム構造の曲線部における断面（図１２のＣ−Ｃ線矢視断面に相当する断面）を示している。そして、ブーム構造１３６と同様に、補強部材を略矩形断面における２つの角部とともに閉じられた断面を形成するように、それぞれ架け渡されているものである。以下、ブーム構造１３６と異なる個所のみ説明する。
【００８３】
図１３（ａ）に示すブーム構造１４６は、ブーム構造１３６と同様にコ字型部材１４７（１４７ａ、ｂ）と側板１４８（１４８ａ、ｂ）とで略矩形断面が形成されているが、略矩形断面の上側にのみ、２つの角部（１４９ａ、１４９ｂ）とともに閉じられた断面を形成する補強部材１５０が架け渡されている。
【００８４】
図１３（ｂ）に示すブーム構造１５１は、ブーム構造１３６と同様に、コ字型部材１５２（１５２ａ、ｂ）と側板１５３（１５３ａ、ｂ）とで略矩形断面が形成され、２つの角部とともに閉じられた断面を形成する補強部材１５４（１５４ａ、ｂ）が、略矩形断面の上下それぞれに架け渡されている。しかし、補強部材１５４のブーム長手方向に延びる各両端部には、折り曲げ部１５５がそれぞれ設けられている。この折り曲げ部１５５を設けることで、補強部材１５４の断面２次モーメントを高め、さらにブームの疲労強度を向上させることができる。
【００８５】
図１３（ｃ）に示すブーム構造１５６は、略矩形断面の各角部１５７（１５７ａ〜ｄ）を形成する部材に、Ｌ字型断面を有するＬ字型部材１５８（１５８ａ〜ｄ）が用いられている。即ち、各Ｌ字型部材１５８の折り曲げ部分が、それぞれ各角部１５７を形成し、平板状の補強部材１５９（１５９ａ、ｂ）は、２つのＬ字型部材間（Ｌ字型部材１５８ａと１５８ｂとの間、又は１５８ｃと１５８ｄとの間）にそれぞれ架け渡されている。
【００８６】
図１３（ｄ）に示すブーム構造１６０は、ブーム構造１３６と同様に、コ字型部材１６１（１６１ａ、ｂ）と側板１６２（１６２ａ、ｂ）とで略矩形断面が形成されているが、補強部材１６３が、両側板間（側板１６２ａと１６２ｂとの間）に架け渡されている。このように補強板１６３を設けても、ブーム構造の断面２次モーメントを高め、疲労強度を向上させることができる。
【００８７】
なお、ブーム長手方向に関しては、第２実施形態における図１１に示す変形例を第３実施形態においても同様に適用することができる。
【００８８】
【発明の効果】
請求項１の発明によると、ブーム構造の略矩形断面における角部の疲労強度が問題となる曲線部において、略矩形断面の上下の少なくとも一方の角部に、閉じられた断面をもつ管が用いられているため、溶接部分の位置を角部から離れた位置に配置することができ、高応力となる角部では母材の強度が確保できることになる。これにより、略矩形断面の角部の疲労強度の向上を図ることができる。また、管の外形のうち、略矩形断面の外形を構成しない部分は、略矩形断面の内部側に位置することになり、補強部材としての機能を果たすことができる。したがって、このブーム構造によると、補強のためブームを構成する板材を厚くする場合や隔壁等を用いる場合に比べ、軽量化を図ることができる。すなわち、ブームの疲労強度を向上させ、軽量化を図ることができる。
【００８９】
請求項２の発明によると、管に形成された平坦部分で略矩形断面の外形の一部を構成することができ、角部に配置される管を用いて略矩形断面のブーム構造を容易に構築できる。また、管と他の部材とを接合して略矩形断面を形成する場合に、他の部材を管の平坦部分と接合することができ、接合が容易に行える。
【００９０】
請求項３の発明によると、平板部分を有する部材の端部を、角部から遠ざけた位置で管と溶接することができ、角部からより離れた個所に溶接部分が位置する略矩形断面のブーム構造とすることができる。
【００９１】
請求項４の発明によると、略矩形断面の上下の角部において母材の強度が得られるとともに、管の外形のうち、２つの角部を形成しない側に位置し、略矩形断面の外形を構成しない部分にて、ブーム構造の両側板間を架橋する補強板としての機能を果たすことができる。
【００９２】
請求項５の発明によると、管の外形のうち、２つの角部を形成しない側に位置し、略矩形断面の外形を構成しない部分にて、ブーム構造の両側板間を架橋する補強板としての機能を果たすともに、さらに、ブーム構造の幅方向の曲げに対する強度や捩じり方向に対する強度も向上させることができる。
【００９３】
請求項６の発明によると、角部に配設された各管が、それぞれ角部において母材強度を確保するとともに、略矩形断面の外形を構成しない部分にて、各角部をそれぞれ補強することができる。
【００９４】
請求項７の発明によると、管の内部側にくぼむ段部に対して、略矩形断面を構成する部材の平板部分の端部を嵌め合わすようにして溶接できるため、溶接が容易に行える。また、安定した溶接が可能なため、溶接部分の接合強度も確保し易い。
【００９５】
請求項８の発明によると、高応力が発生する個所に効率よく管を配設し、ブームの軽量化を図ることができる。
【００９６】
請求項９の発明によると、継ぎ目無し鋼管または電縫管を変形させた異形管を用いることで、略矩形断面の角部に、閉じられた断面をもつ管を容易に配設することができる。
【００９７】
請求項１０の発明によると、略矩形断面を有するブーム部材であって、ブームの長手方向に、第１直線部と、この第１直線部に連なる曲線部と、この曲線部に連なる第２直線部とを備え、曲線部における略矩形断面の角部に、閉じられた断面をもつ管を用いたブーム部材を容易に製造することができる。すなわち、溶接部分の位置を角部から離れた位置に配置し、高応力となる角部では母材の強度が確保できるブーム部材を製造できる。したがって、疲労強度を向上させるとともに、軽量化を図ることができるブーム部材を製造することができる。
【００９８】
請求項１１の発明によると、略矩形断面の４隅の角部は、部材の折り曲げ部分で形成されている。このため、略矩形断面を構成する部材の突き合わせ溶接部分を、角部から離れた位置に配置することができ、高応力となる角部では母材の強度を確保することができる。そして、疲労強度が問題となる曲線部において、略矩形断面の上下の少なくとも一方の角部に閉断面を形成するように補強部材が配設されるため、ブーム構造の断面２次モーメントを高めることができ、疲労強度の向上を図ることができる。したがって、補強のためブームを構成する板材を厚くする場合や隔壁等を用いる場合に比べ、少ない材料で十分な疲労強度を確保でき、軽量化を図ることができる。即ち、ブームの疲労強度を向上させるとともに、軽量化を図ることができるブーム構造を提供できる。
【００９９】
請求項１２の発明によると、略矩形断面の各角部が、Ｌ字型部材の折り曲げ部分でそれぞれ形成されるため、略矩形断面を構成する部材の突き合わせ溶接部分を角部から離れた位置に配置することができ、高応力となる角部では母材の強度を確保することができる。
【０１００】
請求項１３の発明によると、略矩形断面の各２つの角部が、コ字型部材の２つの折り曲げ部分にてそれぞれ形成されるため、略矩形断面を構成する部材の突き合わせ溶接部分を角部から離れた位置に配置することができ、高応力となる角部では母材の強度を確保することができる。
【０１０１】
請求項１４の発明によると、略矩形断面のブーム構造の断面２次モーメントを高めるとともに、疲労強度が問題となる角部をそれぞれ補強することができる。したがって、効率よく補強部材を配設することができ、疲労強度向上と軽量化との両立が図れる。
【０１０２】
請求項１５の発明によると、角部を内側から補強するため、掘削作業時に両側板が内側に撓もうとする断面変形を効率よく抑制し、疲労強度を向上させることができる。
【０１０３】
請求項１６の発明によると、角部を外側から補強するため、ブーム構造の断面２次モーメントを高め、疲労強度を向上させることができる。
【０１０４】
請求項１７の発明によると、略矩形断面のブーム構造の断面２次モーメントを高めるとともに、略矩形断面の上下面と対向して架け渡されるように配設されることになる補強部材によって、掘削作業時に両側板が内側に撓もうとする断面変形を効率よく抑制し、疲労強度を向上させることができる。したがって、効率よく補強部材を配設することができ、疲労強度向上と軽量化との両立が図れる。
【０１０５】
請求項１８の発明によると、あまり高い疲労強度が必要でない両側板部分には、角部を形成する部材よりも薄肉の側板を用いることで、より軽量化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係るブーム構造を示しており、図１（ａ）は側面図を、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線矢視断面の模式図を示している。
【図２】第１実施形態に係るブーム構造の製造方法の製造工程の概略を説明する図である。
【図３】第１実施形態に係るブーム構造の変形例を示す図であって、変形例に係る各ブーム構造の略矩形断面を示したものである。
【図４】第１実施形態に係るブーム構造の変形例を示す図であって、ブーム長手方向における管の配設位置に関する変形例を示す側面図である。
【図５】略矩形断面を有するブーム部材が用いられる油圧ショベルの側面図である。
【図６】図６（ａ）は、従来の技術におけるブーム構造の断面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）に示すブーム構造に、掘削作業時の曲げ変形が加わった状態を示したものである。
【図７】第２実施形態に係るブーム構造を示しており、図７（ａ）は側面図を、図７（ｂ）は図７（ａ）のＢ−Ｂ線矢視断面の模式図を示している。
【図８】第２実施形態に係るブーム構造の変形例を示す図であって、変形例に係る各ブーム構造の略矩形断面を示したものである。
【図９】第２実施形態に係るブーム構造の変形例を示す図であって、変形例に係る各ブーム構造の略矩形断面を示したものである。
【図１０】第２実施形態に係るブーム構造の変形例を示す図であって、変形例に係る各ブーム構造の略矩形断面を示したものである。
【図１１】第２実施形態に係るブーム構造の変形例を示す図であって、ブーム長手方向における補強部材の配設位置に関する変形例を示す側面図である。
【図１２】第３実施形態に係るブーム構造を示しており、図１２（ａ）は側面図を、図１２（ｂ）は図１２（ａ）のＣ−Ｃ線矢視断面の模式図を示している。
【図１３】第３実施形態に係るブーム構造の変形例を示す図であって、変形例に係る各ブーム構造の略矩形断面を示したものである。
【符号の説明】
１、２１〜２９ ブーム構造
２ａ 第１直線部
２ｂ 曲線部
２ｃ 第２直線部
８、８ａ〜ｄ、３５ａ〜ｄ、３８ａ〜ｄ 角部
９、３１、３２、３６、３９、４４、５１、５２ 管
１０、１１ 平坦部分
Claims (18)
- 建設機械に用いられ、略矩形断面を有するブーム構造であって、
ブームの長手方向に、第１直線部と、この第１直線部に連なる曲線部と、この曲線部に連なる第２直線部とを備え、
ブーム長手方向における少なくとも前記曲線部には、前記略矩形断面における上下のうちの少なくとも一方に位置する角部が、閉じられた断面をもつ管を用いて形成されていることを特徴とするブーム構造。 - 前記管には、ブーム長手方向に延びる平坦部分が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のブーム構造。
- 少なくとも前記曲線部における前記略矩形断面は、前記管の外形の一部と、前記管に溶接される部材とで形成され、
前記溶接される部材はブーム長手方向に延びる平板部分を有し、
前記平板部分におけるブーム長手方向に延びる端部が、
前記略矩形断面の外形に略沿う前記管の外形部分のうち、前記角部とは異なる曲折した部分と重なって溶接されていることを特徴とする請求項１または２に記載のブーム構造。 - 前記略矩形断面の上下に、それぞれ前記管が１本ずつ配設され、前記管のそれぞれが、前記角部を２つ形成していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のブーム構造。
- 前記管の外形部分であって前記略矩形断面の内部側に位置している部分に、前記管の内部側にくぼむ凹部が形成されていることを特徴とする請求項４に記載のブーム構造。
- 前記略矩形断面の４隅に、それぞれ前記管が１本ずつ配設され、前記管のそれぞれが、前記角部を形成していることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のブーム構造。
- 前記管の前記曲折した部分には、前記管の内部側にくぼむ段部が形成され、この段部に前記平板部分の前記端部が溶接されていることを特徴とする請求項３〜６のいずれかに記載のブーム構造。
- 前記第１直線部はアームが取り付けられる先端側に位置し、前記第２直線部は建設機械本体側に支持される支持側に位置し、
前記略矩形断面の上側に配設される前記管は、前記曲線部から前記第２直線部にわたる部分に、前記略矩形断面の下側に配設される前記管は、前記曲線部から前記第１直線部にわたる部分に、それぞれ延設されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のブーム構造。 - 前記管は、継ぎ目無し鋼管または電縫管を変形させたものであることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のブーム構造。
- 略矩形断面を有し、建設機械に用いられるブーム部材の製造方法であって、
円管を外型ロール間を通過させることで異形管に成形し、
前記異形管成形時に、前記異形管の長手方向に一部曲線部分を形成し、
平板部分を有する部材を前記異形管と溶接することで、略矩形断面を形成するとともに、前記曲線部分を前記略矩形断面における上下のうちの少なくとも一方の角部に位置するように配設し、
ブーム長手方向に、アームが取り付けられる第１直線部と、この第１直線部に連なり前記異形管の前記曲線部分を含む曲線部と、この曲線部に連なり建設機械本体側に支持される第２直線部とを備えるブーム部材を形成することを特徴とするブーム部材の製造方法。 - 建設機械に用いられ、略矩形断面を有するブーム構造であって、
ブームの長手方向に、第１直線部と、この第１直線部に連なる曲線部と、この曲線部に連なる第２直線部とを備え、
前記略矩形断面は、複数の部材が略突き合わされて溶接されることで形成されるとともに、前記略矩形断面の４隅の角部は、前記部材における折り曲げ部分で形成されており、
ブーム長手方向における少なくとも前記曲線部には、前記略矩形断面における上下のうちの少なくとも一方に位置する前記角部とともに閉じられた断面を形成するように架け渡される補強部材が設けられていることを特徴とするブーム構造。 - 前記複数の部材のうち、前記略矩形断面の前記角部を形成する前記部材には、略Ｌ字型断面を有するＬ字型部材が用いられていることを特徴とする請求項１１に記載のブーム構造。
- 前記複数の部材のうち、前記略矩形断面の前記角部を形成する前記部材には、略コの字型断面を有するコ字型部材が用いられていることを特徴とする請求項１１に記載のブーム構造。
- 前記補強部材は、１つの前記角部とともに閉じられた断面を形成するように、それぞれ架け渡されていることを特徴とする請求項１１〜１３のいずれかに記載のブーム構造。
- 前記補強部材は、前記略矩形断面の内側に配設されていることを特徴とする請求項１４に記載のブーム構造。
- 前記補強部材は、前記略矩形断面の外側に配設されていることを特徴とする請求項１４に記載のブーム構造。
- 前記補強部材は、２つの前記角部とともに閉じられた断面を形成するように、それぞれ架け渡されていることを特徴とする請求項１１〜１３のいずれかに記載のブーム構造。
- 前記略矩形断面の前記角部を形成する前記部材間には、この部材よりも薄肉の側板が配設されていることを特徴とする請求項１２〜１７のいずれかに記載のブーム構造。
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