JP2005029984A - 建設機械用作業腕及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】長手方向で板厚が異なる複数の平板材を用いて横断面が四角形状の角筒体を形成し、作業腕の軽量化を図ると共に剛性を確保できるようにする。
【解決手段】薄板材２９と厚板材３１，３２とを長手方向で突合わせ溶接することにより、長手方向で板厚が部分的に異なる一方の板状体２８を形成する。そして、この板状体２８を全長にわたって曲げ加工し、横断面がコ字形状をなすコ字形部材３３をプレス成形する。また、コ字形部材３３の下側に位置する開口側には、他方の板状体３４を衝合して溶接により接合する。これにより、横断面が四角形状をなしアームの主要部となる角筒体を、コ字形部材３３と他方の板状体３４とを用いて形成する。
【選択図】 図１０
【解決手段】薄板材２９と厚板材３１，３２とを長手方向で突合わせ溶接することにより、長手方向で板厚が部分的に異なる一方の板状体２８を形成する。そして、この板状体２８を全長にわたって曲げ加工し、横断面がコ字形状をなすコ字形部材３３をプレス成形する。また、コ字形部材３３の下側に位置する開口側には、他方の板状体３４を衝合して溶接により接合する。これにより、横断面が四角形状をなしアームの主要部となる角筒体を、コ字形部材３３と他方の板状体３４とを用いて形成する。
【選択図】 図１０
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば土砂等の掘削作業を行う油圧ショベル等に好適に用いられる建設機械用作業腕及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、建設機械としての油圧ショベルは、自走可能な走行体と、この走行体上に旋回可能に搭載された旋回体と、この旋回体の前部側に俯仰動可能に設けられたブーム、アームおよび作業具（例えば、バケット）等のフロント部分からなる作業装置とにより構成されている。
【０００３】
そして、このような作業装置（フロント部分）を構成するブーム、アーム等の作業腕は、例えば上板、下板および左，右の側板からなる４枚の鋼板を互いに接合することにより横断面が四角形状をなす角筒体として形成されるものである（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１１５４７７号公報
【０００５】
この種の従来技術による建設機械の作業腕は、厚板材と薄板材とを互いに突き合わせ溶接して接合平板材を形成した後に、この接合平板材からガス切断等の手段を用いて、例えば前記左，右の側板を切り抜くようにして形成する。そして、このように形成した左，右の側板を、その後に前記上板と下板とに溶接手段を用いて接合することにより、横断面が四角形状をなす角筒体を溶接構造物として組立てる構成としている。
【０００６】
この場合、油圧ショベル等のフロント部分を構成するアーム等の作業腕は、例えばブーム、バケット（作業具）等が長手方向両端部にピン結合されるので、このピン結合部となるボス取付部は、先端側の部分よりも厚肉の板材を用いて形成し、その剛性を高めると共に、疲労強度を高めておく必要がある。
【０００７】
このため、前述した従来技術では、厚板材と薄板材とを互いに突き合わせ溶接した接合平板材を、左，右の側板の素材として用いることにより、前記ボス取付部に相当する部分を前記厚板材で構成することができ、この部分の剛性や疲労強度を高めることができる。
【０００８】
また、この従来技術の場合、左，右の側板の素材となる接合平板材は、前記厚板材と薄板材とを互いに突き合わせて溶接しているため、例えば２次元の溶接施工により接合平板材を形成することができ、溶接作業を簡略化できると共に、溶接部の品質向上、溶接の自動化を図ることができる等の利点がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
然るに、上述した従来技術にあっては、厚板材と薄板材との接合平板材を用いて形成した左，右の側板を、前記上板と下板との間に挟み込むように配置した状態で、前記側板の上，下両端を上板，下板にそれぞれ隅肉溶接等の手段を用いて接合する必要があり、横断面が四角形状をなす角筒体を形成する上での溶接作業に手間がかかるという問題がある。
【００１０】
即ち、作業腕のアームを横断面が四角形状をなす角筒体として形成する場合、上板と下板の左，右両側に対し左，右の側板を溶接するときには、例えば上，下板間に左，右の側板を挟み込みつつ、両者の接合部位を正確に位置合わせして溶接作業を行う必要がある。
【００１１】
このため、従来技術にあっては、溶接時に複雑な形状の位置合わせ治具を用意して接合部位を正確に位置合わせした上で、例えば３次元の溶接施工を行う必要があり、位置合わせ治具の製作に手間がかかるばかりでなく、位置合わせ作業を含めた溶接作業全体に多大な労力と時間を費やすという問題がある。
【００１２】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、板厚が異なる複数の板材を用いて横断面が四角形状をなす角筒体を形成することにより、作業腕の軽量化を図ると共に、その剛性を確保することができ、溶接作業も効率的に行うことができるようにした建設機械用作業腕及びその製造方法を提供することある。
【００１３】
また、本発明の先端側の目的は、３次元の溶接施工が必要な溶接箇所を減らして、接合部の位置決め作業が簡単な２次元の溶接施工に置き換えることができ、溶接時の作業性を向上できると共に、接合部の強度を十分に確保できるようにした建設機械用作業腕及びその製造方法を提供することある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明による建設機械用作業腕は、建設機械のフロント部分を構成するため複数の板材を互いに接合することにより長手方向に延び横断面が四角形状をなす角筒体として形成されるものである。
【００１５】
そして、請求項１の発明が採用する構成の特徴は、板厚が異なる複数の平板材を前記角筒体の長手方向で突合わせて溶接することにより形成され、横断面がコ字形状をなす部材として曲げ加工される一方の板状体と、前記コ字形状をなす一方の板状体と共に横断面が四角形状の前記角筒体を形成するため前記一方の板状体に溶接して設けられ前記角筒体の長手方向に延びる他方の板状体とを備える構成としたことことにある。
【００１６】
このように構成することにより、板厚が異なる複数の平板材を用いて一方の板状体を形成でき、作業腕の素材として汎用性が高い鋼板等の平板材を採用することができる。また、一方の板状体は曲げ加工する前の段階で、各平板材の長手方向端面を互いに突合わせるようにして２次元の溶接施工により接合でき、平板材の接合部位を溶接の前に位置合わせするときの作業を簡略化することができる。そして、このように突合わせ溶接等によって形成される一方の板状体を、例えばプレス成形等の手段を用いて曲げ加工することにより、横断面がコ字形状をなす部材を成形することができ、その後は他方の板状体を一方の板状体に溶接することによって、横断面が四角形状をなす角筒体を容易に形成することができる。また、前記一方の板状体は、例えば長手方向両側を板厚の厚い平板材で形成し、その中間部を薄い平板材で形成することにより、作業腕としての剛性を確保しつつ全体の軽量化を図ることができる。
【００１７】
また、請求項２の発明によると、横断面が四角形状をなす角筒体は、互いに長手方向に延びる上板部、左，右の側板部および下板部からなり、一方の板状体は、横断面がコ字形状に曲げ加工されることにより前記上板部および左，右の側板部を形成し、他方の板状体は前記下板部を形成する構成としている。
【００１８】
この場合には、角筒体の上板部および左，右の側板部に相当する部分を、横断面がコ字形状に曲げ加工された一方の板状体により形成でき、角筒体の下板部に相当する部分を他方の板状体により形成することができる。
【００１９】
また、請求項３の発明によると、横断面が四角形状をなす角筒体は、互いに長手方向に延びる上板部、左，右の側板部および下板部からなり、一方の板状体は、横断面がコ字形状に曲げ加工されることにより前記下板部および左，右の側板部を形成し、他方の板状体は前記上板部を形成する構成としている。
【００２０】
この場合には、角筒体の下板部および左，右の側板部に相当する部分を、横断面がコ字形状に曲げ加工された一方の板状体により形成でき、角筒体の上板部に相当する部分を他方の板状体により形成することができる。
【００２１】
また、請求項４の発明によると、一方の板状体は、角筒体の長手方向に延びる薄板材と、前記薄板材の長手方向基端側に接合して設けられ基端側のボス取付部を形成する基端側の厚板材と、前記薄板材の長手方向先端側に接合して設けられ先端側のボス取付部を形成する先端側の厚板材とにより構成し、これらの薄板材と各厚板材とは互いに接合した状態でコ字形状をなす部材として曲げ加工される構成としている。
【００２２】
この場合には、作業腕の基端側と先端側とでそれぞれボス取付部を形成する各厚板材を、薄板材の長手方向両端部にそれぞれ接合して設けた状態で、これらの厚板材を薄板材と一緒に曲げ加工することにより、横断面がコ字形状をなす部材を形成することができ、従来技術のように上板、左，右の側板および下板を別々に形成して溶接する必要をなくし、溶接時の作業性を高めることができる。
【００２３】
一方、請求項５の発明は、建設機械のフロント部分を構成するため複数の板材を互いに接合することにより長手方向に延び横断面が四角形状をなす角筒体として形成される建設機械用作業腕の製造方法において、板厚が異なる複数の平板材を前記角筒体の長手方向で突合わせて溶接し、長手方向で板厚が部分的に異なる一方の板状体を形成する第１の溶接工程と、前記一方の板状体を全長にわたって曲げ加工することにより、横断面がコ字形状をなして長手方向に延びるコ字形部材を形成する曲げ加工工程と、前記コ字形部材の開口側を他方の板状体で閉塞して横断面が四角形状の前記角筒体を形成するため、前記他方の板状体を前記コ字形部材の開口側に溶接して設ける第２の溶接工程とからなるものである。
【００２４】
このような製造方法を採用することにより、第１の溶接工程では、長手方向で板厚が部分的に異なる一方の板状体を、板厚が異なる複数の平板材を長手方向で互いに突合わせ溶接して形成でき、このときの溶接作業を例えば２次元の溶接施工として行うことができる。そして、その後の曲げ加工工程では、前記一方の板状体に全長にわたる曲げ加工を施すことにより、この板状体を横断面がコ字形状をなすコ字形部材として形成することができる。また、その後の第２の溶接工程では、先端側の板状体を前記コ字形部材の開口側に溶接することにより、前記コ字形部材の開口側を先端側の板状体で閉塞でき、作業腕を横断面が四角形状をなす角筒体として形成することができる。
【００２５】
また、請求項６の発明によると、第１の溶接工程では、角筒体の長手方向に延びる薄板材と長手方向の基端側，先端側のボス取付部となる各厚板材とを前記薄板材の長手方向両端部で接合して一方の板状体を形成し、曲げ加工工程では、前記薄板材と各厚板材とを一緒に曲げ加工して前記一方の板状体からコ字形部材を成形している。
【００２６】
これにより、作業腕の基端側と先端側とでそれぞれボス取付部を形成する各厚板材を、長手方向に延びる薄板材の両端部にそれぞれ接合して設けた状態で、これらの厚板材を薄板材と一緒に曲げ加工してコ字形部材を形成することができ、溶接箇所を減らして作業腕の製造工程を簡素化することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態による建設機械用作業腕及びその製造方法を、油圧ショベルに適用した場合を例に挙げ、添付図面に従って詳細に説明する。
【００２８】
ここで、図１ないし図１０は本発明の第１の実施の形態を示している。図中、１は建設機械としての油圧ショベルで、該油圧ショベル１は、自走可能となった装軌式の走行体２と、この走行体２上に旋回可能に搭載された旋回体３と、後述の作業装置１１等により構成されている。
【００２９】
この場合、旋回体３は、旋回フレーム４と、この旋回フレーム４上に設けられたキャブ５、外装カバー６、カウンタウエイト７等とにより構成されている。そして、キャブ５は、オペレータが乗降する操作運転部を構成し、その内部に運転室を画成している。また、外装カバー６は、カウンタウエイト７と共にエンジン、油圧ポンプ（いずれも図示せず）等が内部に収容される機械室を画成するものである。
【００３０】
１１は旋回体３の前部側に俯仰動可能に設けられたフロント部分としての作業装置で、この作業装置１１は、旋回フレーム４に俯仰動可能に取付けられたブーム１２と、このブーム１２の先端側に俯仰動可能に取付けられた後述のアーム２１と、このアーム２１の先端側に回動可能に取付けられた作業具としてのバケット１３とにより構成されている。
【００３１】
ここで、作業装置１１のブーム１２およびアーム２１は、建設機械用の作業腕を構成するものである。また、旋回フレーム４とブーム１２との間には、ブームシリンダ１４が設けられ、ブーム１２とアーム２１との間には、アームシリンダ１５が設けられている。そして、アーム２１とバケット１３との間には、リンク１６，１７を介して作業具用のバケットシリンダ１８が設けられている。
【００３２】
２１は建設機械用の作業腕を構成する作業装置１１のアームで、このアーム２１は、図２、図３に示す如くその長手方向に延びる角筒体２２と、後述の蓋板２５およびシリンダブラケット２６，２７等とにより構成されている。そして、角筒体２２の長手方向両側は、それぞれボス取付部２３，２４となっている。
【００３３】
即ち、角筒体２２の長手方向基端側（一側）に位置するボス取付部２３には、１個のボス部２３Ａが接合して設けられ、このボス部２３Ａは、図１中に示すブーム１２の先端側に回動可能にピン結合されることになる。そして、ボス取付部２３は、後述の厚板材３１等を用いて形成されるものである。
【００３４】
また、角筒体２２の長手方向先端側（他側）に位置するボス取付部２４には、２個のボス部２４Ａ，２４Ｂが接合して設けられ、一方のボス部２４Ａには図１中に示すリンク１６がピン結合され、他方のボス部２４Ｂにはバケット１３が回動可能にピン結合される。そして、ボス取付部２４は、後述の厚板材３２等を用いて形成されるものである。
【００３５】
ここで、アーム２１の主要部を構成する角筒体２２は、図９に示すように横断面が四角形状をなす筒体として形成され、その上側に位置する上板部２２Ａと、左，右両側の側板部２２Ｂ，２２Ｂと、下側に位置する下板部２２Ｃとを有して構成されている。
【００３６】
そして、角筒体２２の上板部２２Ａおよび左，右の側板部２２Ｂ，２２Ｂは、後述する一方の板状体２８（コ字形部材３３）を用いて形成され、角筒体２２の下板部２２Ｃは、後述する他方の板状体３４を用いて形成されるものである。
【００３７】
２５は角筒体２２の長手方向一側を閉塞する蓋板、２６は角筒体２２の一側に蓋板２５を介して設けられたシリンダブラケットで、このシリンダブラケット２６は、図２、図３に示す如く略三角形状をなす２枚のブラケット板として形成され、それぞれにピン穴２６Ａ，２６Ａが穿設されている。そして、シリンダブラケット２６のピン穴２６Ａには、図１に示すアームシリンダ１５のロッド側端部が回動可能にピン結合されるものである。
【００３８】
２７は角筒体２２の上板部２２Ａ上に設けられた先端側のシリンダブラケットで、このシリンダブラケット２７は、図２、図３に示す如く角筒体２２のボス取付部２３側に位置して上板部２２Ａの上面側に溶接手段を用いて接合されている。
【００３９】
また、このシリンダブラケット２７も、略三角形状をなす２枚のブラケット板として形成され、それぞれにピン穴２７Ａ，２７Ａが穿設されている。そして、シリンダブラケット２７のピン穴２７Ａには、図１に示すバケットシリンダ１８のボトム側端部が回動可能にピン結合されるものである。
【００４０】
２８は角筒体２２の素材となる一方の板状体で、この板状体２８は、図４、図５に示す如くその長手方向に延びる薄板材２９と、この薄板材２９の長手方向一側（基端側）に溶接部３０Ａの位置で突合わせ溶接された基端側の厚板材３１と、薄板材２９の長手方向他側（先端側）に溶接部３０Ｂの位置で突合わせ溶接された先端側の厚板材３２とにより構成されている。
【００４１】
そして、２つの厚板材３１，３２を薄板材２９の長手方向両端に突合せ溶接してなる溶接部３０Ａ，３０Ｂは、例えばアーク溶接またはレーザ溶接等の深い溶込みが得られる高エネルギ密度溶接により形成されている。
【００４２】
ここで、板状体２８の薄板材２９および厚板材３１，３２は、後述の折曲げ線２８Ａ，２８Ａを基準として左，右対称な形状をなし、それぞれが平坦な形状の平板材を用いて形成されている。そして、長手方向一側の厚板材３１は、他側の厚板材３２に比較して左，右方向で幅広な形状を有し、これらの間を長手方向に延びる薄板材２９は、厚板材３２側から厚板材３１側に向けて左，右両側が漸次幅広となる形状を有している。
【００４３】
また、薄板材２９は、図５に示すように例えば３．２〜５０ｍｍ程度の板厚ｔを有する鋼板を用いて形成され、厚板材３１，３２は、薄板材２９の板厚ｔに対して１．２〜２．０倍程度の板厚Ｔ（例えば、３．８４〜１００ｍｍ程度）を有する鋼板を用いて形成されている。
【００４４】
【数１】
【００４５】
この場合、厚板材３１は、図２、図３に示す角筒体２２の長手方向一側（基端側）に位置するボス取付部２３の素材となり、この厚板材３１には、図３に示すボス部２３Ａが溶接により取付けられる略半円形状をなした２個の取付溝３１Ａ，３１Ａが設けられている。
【００４６】
また、厚板材３２は、図３に示す角筒体２２の長手方向他側（先端側）に位置するボス取付部２４の素材となり、この厚板材３２には、図３に示すボス部２４Ａが溶接により取付けられる２個の取付穴３２Ａ，３２Ａと、図３に示すボス部２４Ｂが溶接により取付けられる半円形状をなした２個の取付溝３２Ｂ，３２Ｂとが設けられている。
【００４７】
また、厚板材３１は、取付溝３１Ａから溶接部３０Ａまでが図４に示すように寸法Ｌａ に設定され、厚板材３２は、溶接部３０Ｂから取付溝３２Ｂまでが寸法Ｌｂ に形成されるものである。
【００４８】
３３は板状体２８を曲げ加工することにより形成されたコ字形部材で、該コ字形部材３３は、板状体２８の薄板材２９を厚板材３１，３２と一緒に図４中に点線で示す折曲げ線２８Ａ，２８Ａの位置で凸湾曲状に曲げ加工することにより、図７に示す如く横断面がコ字形状またはＵ字形状をなすように塑性変形されたものである。
【００４９】
そして、図７中に示すコ字形部材３３の上面部分は、図９に示す角筒体２２の上板部２２Ａを形成し、コ字形部材３３の左，右両側部分は、角筒体２２の左，右の側板部２２Ｂ，２２Ｂを形成することになる。また、コ字形部材３３の下側部分には、図８に示すように下側開口３３Ａが形成され、この開口３３Ａは、後述の板状体３４により閉塞されるものである。
【００５０】
３４はコ字形部材３３と共に角筒体２２を構成する他方の板状体で、この板状体３４は、図８ないし図１０に示す如くコ字形部材３３の下側開口３３Ａに沿って長手方向に延びる平坦な平板材を用いて細長い長方形状に形成され、その長手方向寸法は、図４に示す寸法Ｌａ ，Ｌｂ に薄板材２９の長さを合計した寸法にほぼ対応している。
【００５１】
また、板状体３４の幅寸法は、図８、図９に示す如く左，右の側板部２２Ｂ，２２Ｂ間の間隔よりも僅かに大きい寸法となっている。そして、板状体３４は、図８、図９に示す如くコ字形部材３３の開口３３Ａを下側から閉塞するようにコ字形部材３３の下端側端面に当接され、アーク溶接またはレーザ溶接等の手段を用いた接合部３５，３５によりコ字形部材３３に対して固着されるものである。
【００５２】
これにより、コ字形部材３３の開口３３Ａは、下側から板状体３４を用いて閉塞され、図９に示す如く横断面が四角形状をなす角筒体２２が形成される。そして、板状体３４は、角筒体２２の下板部２２Ｃを形成するものである。なお、板状体３４は、前述した板状体２８の薄板材２９とほぼ同様の板厚をもった鋼板により形成されている。
【００５３】
本実施の形態による油圧ショベル１は上述の如き構成を有するもので、次に、その作業腕となるアーム２１の製造方法について説明する。
【００５４】
まず、アーム２１の主要部となる角筒体２２を製造する工程では、図４に示す如く長手方向に延びる薄板材２９と、その長手方向両側に位置する厚板材３１，３２とを、溶接部３０Ａ，３０Ｂの位置でアーク溶接またはレーザ溶接等の手段を用いて突合わせ溶接し、長手方向で板厚が部分的に異なる板状体２８を形成する（第１の溶接工程）。
【００５５】
次に、このように形成した板状体２８を、プレス機械の金型（図示せず）等を用いて曲げ加工し、図７、図８に示す如く横断面がコ字形状をなすコ字形部材３３に塑性変形させる（曲げ加工工程）。この場合、板状体２８は、図４中に示す折曲げ線２８Ａ，２８Ａの位置で断面Ｌ字状に湾曲され、コ字形部材３３としてプレス成形される。
【００５６】
また、コ字形部材３３とは別体の板状体３４を図８、図１０に示すように形成する。そして、コ字形部材３３の下側に位置する開口３３Ａを板状体３４で閉塞するように、この板状体３４をコ字形部材３３の開口３３Ａ側にレーザ溶接等の手段を用いて接合する（第２の溶接工程）。
【００５７】
これにより、コ字形部材３３と板状体３４とから横断面が四角形状をなす角筒体２２を、図９に示す如く形成する。そして、角筒体２２の上板部２２Ａと左，右の側板部２２Ｂ，２２Ｂを、コ字形部材３３により形成でき、角筒体２２の下板部２２Ｃを、板状体３４によって形成することができる。
【００５８】
次に、角筒体２２の長手方向一側には、図１０に示すように蓋板２５をレーザ溶接等の手段を用いて接合し、この蓋板２５によって角筒体２２の一側端部を閉塞する。そして、この蓋板２５の外側には、図２、図３に示すようにシリンダブラケット２６，２７を溶接して設ける。
【００５９】
これにより、作業腕としてのアーム２１を製造することができる。また、図１に示す作業装置１１の先端側の作業腕となるブーム１２についても、アーム２１と同様にそれぞれ角筒体として形成できるものである。
【００６０】
次に、このような作業装置１１が設けられた油圧ショベル１は、走行体２を走行駆動することにより前進または後進することができる。また、旋回体３を走行体２上で旋回駆動することにより、作業装置１１の方向を適宜に変えることができる。
【００６１】
そして、土砂等の掘削作業を行うときには、ブームシリンダ１４、アームシリンダ１５およびバケットシリンダ１８を伸縮させることにより、作業装置１１のブーム１２、アーム２１およびバケット１３を作動させ、このバケット１３によって掘削作業を行なうことができる。
【００６２】
かくして、本実施の形態によれば、アーム２１の主要部となる角筒体２２を製造するときに、図４に示す如く薄板材２９と、その長手方向両側の厚板材３１，３２とを突合わせ溶接することにより、長手方向で板厚が部分的に異なる板状体２８を形成した後に、この板状体２８を折曲げ線２８Ａ，２８Ａの位置で曲げ加工し、図７、図８に示す如く横断面がコ字形状をなすコ字形部材３３に塑性変形させる構成としている。
【００６３】
また、コ字形部材３３とは別体の板状体３４を用いてコ字形部材３３の下側に位置する開口３３Ａを閉塞するように、この板状体３４をコ字形部材３３の開口３３Ａ側にレーザ溶接等の手段を用いて接合し、これによって、図９に示す如く横断面が四角形状をなす角筒体２２を形成する構成としている。
【００６４】
この結果、アーム２１の主要部となる角筒体２２は、その上板部２２Ａおよび左，右の側板部２２Ｂ，２２Ｂを、一方の板状体２８からなるコ字形部材３３により形成でき、角筒体２２の下板部２２Ｃは、他方の板状体３４によって形成することができる。
【００６５】
即ち、本発明者等が行った作業腕（例えば、アーム２１）に要求される構造解析によれば、角筒体２２の長手方向両側に位置するボス取付部２３，２４側では剛性を確保し、疲労強度を高める上で板厚を大きくすることが必要であるが、これらのボス取付部２３，２４間に位置する中間部分は、荷重分担が比較的小さくなることが知見されたものである。
【００６６】
そこで、本実施の形態にあっては、角筒体２２のボス取付部２３，２４に該当する板状体２８（コ字形部材３３）の部分を厚板材３１，３２を用いて形成し、これらの厚板材３１，３２間には長手方向に延びる薄板材２９を用いる構成としている。
【００６７】
このため、角筒体２２の大部分を薄板材２９により形成することができ、アーム２１全体の重量を確実に軽減することができる。また、角筒体２２の長手方向両側に位置するボス取付部２３，２４は、厚板材３１，３２を用いて形成することにより、それぞれの剛性を確保でき、その疲労強度も高めることができる。
【００６８】
これにより、アーム２１全体の剛性を高めることができ、例えば土砂等の掘削作業時にバケット１３側からアーム２１が受ける掘削反力等を、十分な強度をもって受承することができる。また、薄板材２９と厚板材３１，３２のように板厚が異なる鋼板等を用いてアーム２１の角筒体２２を形成でき、アーム２１の素材として汎用性が高い板材を採用することができる。
【００６９】
また、角筒体２２の素材となる板状体２８は、コ字形部材３３に塑性変形させる曲げ加工前の段階で、図５に示すように薄板材２９と厚板材３１，３２とを長手方向で溶接部３０Ａ，３０Ｂにより突合わせ溶接して形成することができ、このときの溶接作業を例えば２次元の溶接施工として行うことができる。
【００７０】
この場合、長手方向に延びる薄板材２９を前，後の厚板材３１，３２間に挟み込んで配置するように定盤上に並べ、これらを同一平面上に配置した状態で溶接部３０Ａ，３０Ｂを突合わせ溶接により形成することができるので、これらの溶接部３０Ａ，３０Ｂは２次元の溶接施工となり、従来技術で述べた３次元の溶接施工よりも接合部の位置決め作業を大幅に簡略化でき、溶接時の作業性を向上できると共に、接合部の強度を十分に確保することができる。
【００７１】
また、深い溶込みが得られるレーザ溶接等の高エネルギ密度溶接を用いた場合には、板状体２８の薄板材２９と厚板材３１，３２との溶接部位（溶接部３０Ａ，３０Ｂ）における接合強度を高めることができ、例えば片側からの溶接施工で裏側に貫通する完全溶接が可能となる。
【００７２】
これにより、アーク溶接等による部分溶込み、バッキング付の完全溶込みに比較しても高エネルギ密度溶接による疲労寿命を向上することができる。また、レーザ溶接等の高エネルギ密度溶接は、アーク溶接に較べて５倍程度の高速溶接が可能であり、入熱量を低く抑えることができ、特に板厚が小さい薄板材２９等に溶接後の熱変形が生じたりするのを抑制できると共に、曲げ加工時の負荷に対しても十分な接合強度を確保することができる。
【００７３】
また、図８、図９に示すように板状体３４をコ字形部材３３の開口３３Ａ側にレーザ溶接等の手段で接合し、角筒体２２を形成する場合でも、ほぼ９０°の曲げ角をもってプレス成形されたコ字形部材３３に対し、その開口３３Ａ側を閉塞するように板状体３４を位置合わせするだけでよく、図１０に示すコ字形部材３３の長手方向に対しても位置合わせを容易に行うことができ、溶接時の作業性を向上できると共に、完全溶接による接合部３５の強度を十分に確保することができる。
【００７４】
従って、本実施の形態によれば、互いに板厚が異なる薄板材２９と厚板材３１，３２等とを用いて一方の板状体２８およびコ字形部材３３を形成し、他方の板状体３４をコ字形部材３３の開口３３Ａ側に組合せるだけで、横断面が四角形状をなす角筒体２２を形成することができ、作業腕となるアーム２１の軽量化を図ることができると共に、その剛性も十分に確保することができる。
【００７５】
また、薄板材２９と厚板材３１，３２とからなる一方の板状体２８を、例えば２次元の溶接施工により形成することができ、３次元の溶接施工に比較して接合部の位置決め作業を大幅に簡略化できると共に、溶接時の作業性を向上でき、接合部の強度を十分に確保することができる。
【００７６】
さらに、一方の板状体２８を曲げ加工したコ字形部材３３を用いるために、３次元の溶接施工が必要な溶接箇所を減らすことができ、接合部の位置決め作業が簡単な２次元の溶接施工に置き換えることができる。これにより、溶接時の作業性を向上でき、接合部の強度も十分に確保することができる。
【００７７】
次に、図１１ないし図１５は本発明の第２の実施の形態を示し、本実施の形態では前記第１の実施の形態と同基端側の構成要素に同基端側の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００７８】
然るに、本実施の形態の特徴は、一方の板状体をコ字形状に曲げ加工することにより角筒体の下板部および左，右の側板部を形成し、他方の板状体により角筒体の上板部を形成する構成としたことにある。
【００７９】
図中、４１は本実施の形態で採用する作業腕としてのアームで、このアーム４１は、第１の実施の形態で述べたアーム２１とほぼ同様に、図１１中に示す如くその長手方向に延びる角筒体４２と、蓋板２５およびシリンダブラケット２６，２７等とにより構成されている。そして、角筒体４２の長手方向両側は、それぞれボス取付部４３，４４となっている。
【００８０】
また、角筒体４２の長手方向一側（基端側）に位置するボス取付部４３には、１個のボス部４３Ａが接合して設けられ、このボス部４３Ａは、図１中に例示したブーム１２の先端側に回動可能にピン結合されることになる。そして、ボス取付部４３は、後述の厚板材４８等を用いて形成されるものである。
【００８１】
また、角筒体４２の長手方向他側（先端側）に位置するボス取付部４４には、２個のボス部４４Ａ，４４Ｂが接合して設けられ、一方のボス部４４Ａには図１中に例示したリンク１６がピン結合され、他方のボス部４４Ｂにはバケット１３が回動可能にピン結合される。そして、ボス取付部４４は、後述の厚板材４９等を用いて形成されるものである。
【００８２】
ここで、アーム４１の主要部を構成する角筒体４２は、図１５に示すように横断面が四角形状をなす筒体として形成され、その上側に位置する上板部４２Ａと、左，右両側の側板部４２Ｂ，４２Ｂと、下側に位置する下板部４２Ｃとを有して構成されている。
【００８３】
しかし、本実施の形態にあっては、角筒体４２の上板部４２Ａが、後述する他方の板状体５１を用いて形成され、左，右の側板部４２Ｂ，４２Ｂおよび下板部４２Ｃは、後述する一方の板状体４５（コ字形部材５０）を用いて形成されるものである。
【００８４】
４５は角筒体４２の素材となる一方の板状体で、この板状体４５は、図１２に示す如くその長手方向に延びる薄板材４６と、この薄板材４６の長手方向一側（基端側）に溶接部４７Ａの位置で突合わせ溶接された基端側の厚板材４８と、薄板材４６の長手方向他側（先端側）に溶接部４７Ｂの位置で突合わせ溶接された先端側の厚板材４９とにより構成されている。そして、溶接部４７Ａ，４７Ｂは、例えばアーク溶接またはレーザ溶接等の手段により形成されている。
【００８５】
ここで、板状体４５の薄板材４６および厚板材４８，４９は、後述の折曲げ線４５Ａ，４５Ａを基準として左，右対称な形状をなし、それぞれが平坦な形状の平板材を用いて形成されている。そして、長手方向一側の厚板材４８は、他側の厚板材４９に比較して左，右方向で幅広な形状を有し、これらの間を長手方向に延びる薄板材４６は、厚板材４９側から厚板材４８側に向けて左，右両側が漸次幅広となる形状を有している。
【００８６】
また、これらの薄板材４６および厚板材４８，４９は、第１の実施の形態で述べた薄板材２９および厚板材３１，３２と同様の板厚を有する鋼板を用いて形成されている。そして、厚板材４８は、図１１中に示すボス取付部４３の素材となり、この厚板材４８には、図１１に示すボス部４３Ａが溶接により取付けられる略半円形状をなした２個の取付溝４８Ａ，４８Ａが、折曲げ線４５Ａ，４５Ａを挟んで互いに対向するように形成されている。
【００８７】
また、厚板材４９は、図１１中に示すボス取付部４４の素材となり、この厚板材４９には、図１１に示すボス部４４Ａが溶接により取付けられる２個の取付穴４９Ａ，４９Ａと、ボス部４４Ｂが溶接により取付けられる半円形状をなした２個の取付溝４９Ｂ，４９Ｂとが設けられている。
【００８８】
５０は一方の板状体４５を曲げ加工することにより形成されたコ字形部材で、該コ字形部材５０は、板状体４５の薄板材４６を厚板材４８，４９と一緒に図１２中に点線で示す折曲げ線４５Ａ，４５Ａの位置で凹湾曲状に曲げ加工することにより、図１３、図１４に示す如く横断面がコ字形状またはＵ字形状をなすように塑性変形されたものである。
【００８９】
そして、図１４中に示すコ字形部材５０の下面部分は、図１５に示す角筒体４２の下板部４２Ｃを形成し、コ字形部材５０の左，右両側部分は、角筒体４２の左，右の側板部４２Ｂ，４２Ｂを形成することになる。また、コ字形部材５０の上側部分には、図１４に示すように上側開口５０Ａが形成され、この開口５０Ａは、後述の板状体５１により閉塞されるものである。
【００９０】
５１はコ字形部材５０と共に角筒体４２を構成する他方の板状体で、この板状体５１は、図１３に示す如くコ字形部材５０の上側開口５０Ａに沿って長手方向に延びる平坦な平板材を用いて細長い長方形状に形成されている。そして、板状体５１は、コ字形部材５０の開口５０Ａを上側から閉塞するようにコ字形部材５０の上端側端面に当接され、アーク溶接またはレーザ溶接等の手段を用いた接合部５２，５２によりコ字形部材５０に対して固着されるものである。
【００９１】
これにより、コ字形部材５０の開口５０Ａは、上側から板状体５１を用いて閉塞され、図１５に示す如く横断面が四角形状をなす角筒体４２が形成される。そして、板状体５１は、角筒体４２の上板部４２Ａを形成するものである。なお、板状体５１は、前述した板状体４５の薄板材４６とほぼ同様の板厚をもった鋼板により形成されている。
【００９２】
かくして、このように構成される本実施の形態でも、前記第１の実施の形態とほぼ同様に、互いに板厚が異なる薄板材４６と厚板材４８，４９とを用いて板状体４５およびコ字形部材５０を形成することができ、作業腕となるアーム４１の軽量化を図ることができると共に、その剛性も十分に確保することができる。
【００９３】
そして、本実施の形態によれば、角筒体４２の上板部４２Ａを、板状体５１により形成でき、左，右の側板部４２Ｂ，４２Ｂと下板部４２Ｃを、板状体４５を曲げ加工してなるコ字形部材５０により形成することができる。
【００９４】
なお、前記第１の実施の形態では、他方の板状体３４を薄板材２９と同等の板厚をもった鋼板により形成するものとして説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、例えば図１６に示す第１の変形例のように、他方の板状体６１を、その長手方向に延びる薄板材６２と、この薄板材６２の長手方向両端部にそれぞれ突合わせ溶接された厚板材６３，６４とにより構成してもよい。
【００９５】
この場合、厚板材６３は、図４に例示した厚板材３１の寸法Ｌａ よりも大なる寸法ＬＡ （ＬＡ ＞Ｌａ ）に形成し、厚板材６４は、図４に例示した厚板材３２の寸法Ｌｂ よりも大なる寸法ＬＢ （ＬＢ ＞Ｌｂ ）に形成するのがよく、これによってコ字形部材３３に対する接合部３５（図９に示す）の溶接強度等を高めることができる。
【００９６】
また、第１の実施の形態で述べた先端側の板状体３４に替えて、例えば図１７に示す第２の変形例のように、先端側の板状体７１を厚板材３１，３２とほぼ同様の板厚を有する厚板材を用いて形成してもよい。そして、これらの点は、第２の実施の形態の用いた先端側の板状体５１についても同様の変更が可能である。
【００９７】
また、前記各実施の形態では、油圧ショベル１の作業装置１１におけるアーム２１を、例えば角筒体２２，４２等からなる作業腕とした場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば図１に示すブーム１２についても前述の如き角筒体を用いて形成してもよいものである。
【００９８】
また、本発明の適用対象は、例えばオフセットブーム式の作業装置であってもよく、この場合は、当該作業装置のフロント部分を構成するロアブーム、アッパブームまたはアーム等を、前述の如き角筒体を用いて形成してもよい。
【００９９】
さらに、本発明は装軌式の油圧ショベルに限らず、例えばホイール式の油圧ショベルまたは浚渫船等に用いる作業装置（フロント部分）に適用してもよく、油圧クレーン等の建設機械にも広く適用できるものである。
【０１００】
【発明の効果】
以上詳述した通り、請求項１に記載の発明によれば、建設機械用の作業腕を複数の板材を接合して横断面が四角形状をなす角筒体として形成し、板厚が異なる複数の平板材を前記角筒体の長手方向で突合わせて溶接することにより形成され横断面がコ字形状をなす部材として曲げ加工される一方の板状体と、一方の板状体に溶接して設けられ前記角筒体の長手方向に延びる他方の板状体とを備える構成としているので、作業腕の角筒体を、長手方向で板厚が異なる複数の平板材により形成でき、作業腕の素材として汎用性が高い板材を採用することができる。また、一方の板状体は曲げ加工する前の段階で、その長手方向端面を互いに突合わせるようにして溶接でき、従来技術で述べたように板材の接合部位を溶接の前に位置合わせするときの作業を簡略化することができる。
【０１０１】
従って、長手方向で板厚が異なる複数の平板材を用いて横断面が四角形状をなす角筒体を形成することにより、作業腕の軽量化を図ると共に、その剛性を確保することができ、溶接作業も効率的に行うことができる。そして、３次元の溶接施工が必要な溶接箇所を減らして、接合部の位置決め作業が簡単な２次元の溶接施工に置き換えることができ、溶接時の作業性を向上できると共に、接合部の強度を十分に確保することができる。
【０１０２】
また、請求項２に記載の発明は、角筒体の上板部および左，右の側板部に相当する部分を、横断面がコ字形状に曲げ加工された一方の板状体により形成でき、角筒体の下板部に相当する部分を他方の板状体により形成することができる。
【０１０３】
一方、請求項３に記載の発明は、角筒体の下板部および左，右の側板部に相当する部分を、横断面がコ字形状に曲げ加工された一方の板状体により形成でき、角筒体の上板部に相当する部分を他方の板状体により形成することができる。
【０１０４】
また、請求項４に記載の発明によると、一方の板状体は、角筒体の長手方向に延びる薄板材と、前記薄板材の長手方向基端側に接合して設けられ基端側のボス取付部を形成する基端側の厚板材と、前記薄板材の長手方向先端側に接合して設けられ先端側のボス取付部を形成する先端側の厚板材とにより構成しているので、作業腕の基端側と先端側とでそれぞれのボス取付部を形成する各厚板材を、薄板材の長手方向両端側にそれぞれ接合して設けた状態で、これらの厚板材を薄板材と一緒に曲げ加工することによって、横断面がコ字形状をなす部材を形成することができ、従来技術のように上板、左，右の側板および下板を別々に形成して溶接する必要をなくし、溶接時の作業性を高めることができる。そして、作業腕としての剛性を確保しつつ全体の軽量化を図ることができるので、例えば土砂等の掘削作業時に作業腕が受ける掘削反力等を、十分な強度をもって受承することができ、作業腕としての剛性を確保することができる。
【０１０５】
一方、請求項５に記載の発明による建設機械用作業腕の製造方法は、第１の溶接工程で板厚が部分的に異なる一方の板状体を、板厚が異なる複数の平板材を長手方向で互いに突合わせ溶接して形成でき、このときの溶接作業を例えば２次元の溶接施工として行うことができる。そして、その後の曲げ加工工程では、前記一方の板状体に曲げ加工を施すことにより、この板状体を横断面がコ字形状をなすコ字形部材として形成することができる。また、その後の第２の溶接工程では、他方の板状体を前記コ字形部材の開口側に溶接することにより、前記コ字形部材の開口側を他方の板状体で閉塞でき、作業腕を横断面が四角形状をなす角筒体として形成することができる。
【０１０６】
また、請求項６に記載の発明によると、第１の溶接工程では、角筒体の長手方向に延びる薄板材と長手方向の基端側，先端側でボス取付部となる各厚板材とを薄板材の長手方向両端部で接合して一方の板状体を形成し、曲げ加工工程では、前記薄板材と各厚板材とを一緒に曲げ加工して前記一方の板状体からコ字形部材を成形しているので、作業腕の両端側でそれぞれボス取付部となる各厚板材を、長手方向に延びる薄板材の両端部に予め接合して設けた状態で、これらの厚板材を薄板材と一緒に曲げ加工してコ字形部材を形成することができ、溶接箇所を減らして作業腕の製造工程を簡素化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による油圧ショベルを示す正面図である。
【図２】図１中のアームを単体として示す拡大正面図である。
【図３】図２に示すアームの斜視図である。
【図４】図２に示すアームの素材となる板状体の展開図である。
【図５】板状体を図４中の矢示Ｖ−Ｖ方向からみた断面図である。
【図６】板状体を図４中の矢示ＶＩ−ＶＩ方向からみた断面図である。
【図７】図６の板状体をコ字形状に曲げ加工した状態を示す断面図である。
【図８】コ字形部材に他方の板状体を接合する前の状態を示す断面図である。
【図９】コ字形部材に他方の板状体を接合して角筒体を形成した状態を示す断面図である。
【図１０】コ字形部材に他方の板状体を接合する前の状態を示す分解斜視図である。
【図１１】第２の実施の形態によるアームを示す拡大正面図である。
【図１２】図１１に示すアームの素材となる板状体の展開図である。
【図１３】図１２の板状体を曲げ加工したコ字形部材に他方の板状体を接合する前の状態を示す分解斜視図である。
【図１４】図１３中のコ字形部材に他方の板状体を接合する前の状態を示す断面図である。
【図１５】図１４中のコ字形部材に他方の板状体を接合して角筒体を形成した状態を示す断面図である。
【図１６】第１の変形例による他方の板状体を示す斜視図である。
【図１７】第２の変形例による他方の板状体を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ 油圧ショベル（建設機械）
２ 走行体
３ 旋回体
１１ 作業装置（フロント部分）
１２ ブーム（作業腕）
１３ バケット（作業具）
２１，４１ アーム（作業腕）
２２，４２ 角筒体
２２Ａ，４２Ａ 上板部
２２Ｂ，４２Ｂ 側板部
２２Ｃ，４２Ｃ 下板部
２３，４３ 基端側のボス取付部
２４，４４ 先端側のボス取付部
２８，４５ 一方の板状体
２９，４６ 薄板材（平板材）
３０Ａ，３０Ｂ，４７Ａ，４７Ｂ 溶接部
３１，４８ 基端側の厚板材（平板材）
３２，４９ 先端側の厚板材（平板材）
３３，５０ コ字形部材
３４，５１，６１，７１ 先端側の板状体
３５，５２ 接合部
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば土砂等の掘削作業を行う油圧ショベル等に好適に用いられる建設機械用作業腕及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、建設機械としての油圧ショベルは、自走可能な走行体と、この走行体上に旋回可能に搭載された旋回体と、この旋回体の前部側に俯仰動可能に設けられたブーム、アームおよび作業具（例えば、バケット）等のフロント部分からなる作業装置とにより構成されている。
【０００３】
そして、このような作業装置（フロント部分）を構成するブーム、アーム等の作業腕は、例えば上板、下板および左，右の側板からなる４枚の鋼板を互いに接合することにより横断面が四角形状をなす角筒体として形成されるものである（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１１５４７７号公報
【０００５】
この種の従来技術による建設機械の作業腕は、厚板材と薄板材とを互いに突き合わせ溶接して接合平板材を形成した後に、この接合平板材からガス切断等の手段を用いて、例えば前記左，右の側板を切り抜くようにして形成する。そして、このように形成した左，右の側板を、その後に前記上板と下板とに溶接手段を用いて接合することにより、横断面が四角形状をなす角筒体を溶接構造物として組立てる構成としている。
【０００６】
この場合、油圧ショベル等のフロント部分を構成するアーム等の作業腕は、例えばブーム、バケット（作業具）等が長手方向両端部にピン結合されるので、このピン結合部となるボス取付部は、先端側の部分よりも厚肉の板材を用いて形成し、その剛性を高めると共に、疲労強度を高めておく必要がある。
【０００７】
このため、前述した従来技術では、厚板材と薄板材とを互いに突き合わせ溶接した接合平板材を、左，右の側板の素材として用いることにより、前記ボス取付部に相当する部分を前記厚板材で構成することができ、この部分の剛性や疲労強度を高めることができる。
【０００８】
また、この従来技術の場合、左，右の側板の素材となる接合平板材は、前記厚板材と薄板材とを互いに突き合わせて溶接しているため、例えば２次元の溶接施工により接合平板材を形成することができ、溶接作業を簡略化できると共に、溶接部の品質向上、溶接の自動化を図ることができる等の利点がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
然るに、上述した従来技術にあっては、厚板材と薄板材との接合平板材を用いて形成した左，右の側板を、前記上板と下板との間に挟み込むように配置した状態で、前記側板の上，下両端を上板，下板にそれぞれ隅肉溶接等の手段を用いて接合する必要があり、横断面が四角形状をなす角筒体を形成する上での溶接作業に手間がかかるという問題がある。
【００１０】
即ち、作業腕のアームを横断面が四角形状をなす角筒体として形成する場合、上板と下板の左，右両側に対し左，右の側板を溶接するときには、例えば上，下板間に左，右の側板を挟み込みつつ、両者の接合部位を正確に位置合わせして溶接作業を行う必要がある。
【００１１】
このため、従来技術にあっては、溶接時に複雑な形状の位置合わせ治具を用意して接合部位を正確に位置合わせした上で、例えば３次元の溶接施工を行う必要があり、位置合わせ治具の製作に手間がかかるばかりでなく、位置合わせ作業を含めた溶接作業全体に多大な労力と時間を費やすという問題がある。
【００１２】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、板厚が異なる複数の板材を用いて横断面が四角形状をなす角筒体を形成することにより、作業腕の軽量化を図ると共に、その剛性を確保することができ、溶接作業も効率的に行うことができるようにした建設機械用作業腕及びその製造方法を提供することある。
【００１３】
また、本発明の先端側の目的は、３次元の溶接施工が必要な溶接箇所を減らして、接合部の位置決め作業が簡単な２次元の溶接施工に置き換えることができ、溶接時の作業性を向上できると共に、接合部の強度を十分に確保できるようにした建設機械用作業腕及びその製造方法を提供することある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明による建設機械用作業腕は、建設機械のフロント部分を構成するため複数の板材を互いに接合することにより長手方向に延び横断面が四角形状をなす角筒体として形成されるものである。
【００１５】
そして、請求項１の発明が採用する構成の特徴は、板厚が異なる複数の平板材を前記角筒体の長手方向で突合わせて溶接することにより形成され、横断面がコ字形状をなす部材として曲げ加工される一方の板状体と、前記コ字形状をなす一方の板状体と共に横断面が四角形状の前記角筒体を形成するため前記一方の板状体に溶接して設けられ前記角筒体の長手方向に延びる他方の板状体とを備える構成としたことことにある。
【００１６】
このように構成することにより、板厚が異なる複数の平板材を用いて一方の板状体を形成でき、作業腕の素材として汎用性が高い鋼板等の平板材を採用することができる。また、一方の板状体は曲げ加工する前の段階で、各平板材の長手方向端面を互いに突合わせるようにして２次元の溶接施工により接合でき、平板材の接合部位を溶接の前に位置合わせするときの作業を簡略化することができる。そして、このように突合わせ溶接等によって形成される一方の板状体を、例えばプレス成形等の手段を用いて曲げ加工することにより、横断面がコ字形状をなす部材を成形することができ、その後は他方の板状体を一方の板状体に溶接することによって、横断面が四角形状をなす角筒体を容易に形成することができる。また、前記一方の板状体は、例えば長手方向両側を板厚の厚い平板材で形成し、その中間部を薄い平板材で形成することにより、作業腕としての剛性を確保しつつ全体の軽量化を図ることができる。
【００１７】
また、請求項２の発明によると、横断面が四角形状をなす角筒体は、互いに長手方向に延びる上板部、左，右の側板部および下板部からなり、一方の板状体は、横断面がコ字形状に曲げ加工されることにより前記上板部および左，右の側板部を形成し、他方の板状体は前記下板部を形成する構成としている。
【００１８】
この場合には、角筒体の上板部および左，右の側板部に相当する部分を、横断面がコ字形状に曲げ加工された一方の板状体により形成でき、角筒体の下板部に相当する部分を他方の板状体により形成することができる。
【００１９】
また、請求項３の発明によると、横断面が四角形状をなす角筒体は、互いに長手方向に延びる上板部、左，右の側板部および下板部からなり、一方の板状体は、横断面がコ字形状に曲げ加工されることにより前記下板部および左，右の側板部を形成し、他方の板状体は前記上板部を形成する構成としている。
【００２０】
この場合には、角筒体の下板部および左，右の側板部に相当する部分を、横断面がコ字形状に曲げ加工された一方の板状体により形成でき、角筒体の上板部に相当する部分を他方の板状体により形成することができる。
【００２１】
また、請求項４の発明によると、一方の板状体は、角筒体の長手方向に延びる薄板材と、前記薄板材の長手方向基端側に接合して設けられ基端側のボス取付部を形成する基端側の厚板材と、前記薄板材の長手方向先端側に接合して設けられ先端側のボス取付部を形成する先端側の厚板材とにより構成し、これらの薄板材と各厚板材とは互いに接合した状態でコ字形状をなす部材として曲げ加工される構成としている。
【００２２】
この場合には、作業腕の基端側と先端側とでそれぞれボス取付部を形成する各厚板材を、薄板材の長手方向両端部にそれぞれ接合して設けた状態で、これらの厚板材を薄板材と一緒に曲げ加工することにより、横断面がコ字形状をなす部材を形成することができ、従来技術のように上板、左，右の側板および下板を別々に形成して溶接する必要をなくし、溶接時の作業性を高めることができる。
【００２３】
一方、請求項５の発明は、建設機械のフロント部分を構成するため複数の板材を互いに接合することにより長手方向に延び横断面が四角形状をなす角筒体として形成される建設機械用作業腕の製造方法において、板厚が異なる複数の平板材を前記角筒体の長手方向で突合わせて溶接し、長手方向で板厚が部分的に異なる一方の板状体を形成する第１の溶接工程と、前記一方の板状体を全長にわたって曲げ加工することにより、横断面がコ字形状をなして長手方向に延びるコ字形部材を形成する曲げ加工工程と、前記コ字形部材の開口側を他方の板状体で閉塞して横断面が四角形状の前記角筒体を形成するため、前記他方の板状体を前記コ字形部材の開口側に溶接して設ける第２の溶接工程とからなるものである。
【００２４】
このような製造方法を採用することにより、第１の溶接工程では、長手方向で板厚が部分的に異なる一方の板状体を、板厚が異なる複数の平板材を長手方向で互いに突合わせ溶接して形成でき、このときの溶接作業を例えば２次元の溶接施工として行うことができる。そして、その後の曲げ加工工程では、前記一方の板状体に全長にわたる曲げ加工を施すことにより、この板状体を横断面がコ字形状をなすコ字形部材として形成することができる。また、その後の第２の溶接工程では、先端側の板状体を前記コ字形部材の開口側に溶接することにより、前記コ字形部材の開口側を先端側の板状体で閉塞でき、作業腕を横断面が四角形状をなす角筒体として形成することができる。
【００２５】
また、請求項６の発明によると、第１の溶接工程では、角筒体の長手方向に延びる薄板材と長手方向の基端側，先端側のボス取付部となる各厚板材とを前記薄板材の長手方向両端部で接合して一方の板状体を形成し、曲げ加工工程では、前記薄板材と各厚板材とを一緒に曲げ加工して前記一方の板状体からコ字形部材を成形している。
【００２６】
これにより、作業腕の基端側と先端側とでそれぞれボス取付部を形成する各厚板材を、長手方向に延びる薄板材の両端部にそれぞれ接合して設けた状態で、これらの厚板材を薄板材と一緒に曲げ加工してコ字形部材を形成することができ、溶接箇所を減らして作業腕の製造工程を簡素化することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態による建設機械用作業腕及びその製造方法を、油圧ショベルに適用した場合を例に挙げ、添付図面に従って詳細に説明する。
【００２８】
ここで、図１ないし図１０は本発明の第１の実施の形態を示している。図中、１は建設機械としての油圧ショベルで、該油圧ショベル１は、自走可能となった装軌式の走行体２と、この走行体２上に旋回可能に搭載された旋回体３と、後述の作業装置１１等により構成されている。
【００２９】
この場合、旋回体３は、旋回フレーム４と、この旋回フレーム４上に設けられたキャブ５、外装カバー６、カウンタウエイト７等とにより構成されている。そして、キャブ５は、オペレータが乗降する操作運転部を構成し、その内部に運転室を画成している。また、外装カバー６は、カウンタウエイト７と共にエンジン、油圧ポンプ（いずれも図示せず）等が内部に収容される機械室を画成するものである。
【００３０】
１１は旋回体３の前部側に俯仰動可能に設けられたフロント部分としての作業装置で、この作業装置１１は、旋回フレーム４に俯仰動可能に取付けられたブーム１２と、このブーム１２の先端側に俯仰動可能に取付けられた後述のアーム２１と、このアーム２１の先端側に回動可能に取付けられた作業具としてのバケット１３とにより構成されている。
【００３１】
ここで、作業装置１１のブーム１２およびアーム２１は、建設機械用の作業腕を構成するものである。また、旋回フレーム４とブーム１２との間には、ブームシリンダ１４が設けられ、ブーム１２とアーム２１との間には、アームシリンダ１５が設けられている。そして、アーム２１とバケット１３との間には、リンク１６，１７を介して作業具用のバケットシリンダ１８が設けられている。
【００３２】
２１は建設機械用の作業腕を構成する作業装置１１のアームで、このアーム２１は、図２、図３に示す如くその長手方向に延びる角筒体２２と、後述の蓋板２５およびシリンダブラケット２６，２７等とにより構成されている。そして、角筒体２２の長手方向両側は、それぞれボス取付部２３，２４となっている。
【００３３】
即ち、角筒体２２の長手方向基端側（一側）に位置するボス取付部２３には、１個のボス部２３Ａが接合して設けられ、このボス部２３Ａは、図１中に示すブーム１２の先端側に回動可能にピン結合されることになる。そして、ボス取付部２３は、後述の厚板材３１等を用いて形成されるものである。
【００３４】
また、角筒体２２の長手方向先端側（他側）に位置するボス取付部２４には、２個のボス部２４Ａ，２４Ｂが接合して設けられ、一方のボス部２４Ａには図１中に示すリンク１６がピン結合され、他方のボス部２４Ｂにはバケット１３が回動可能にピン結合される。そして、ボス取付部２４は、後述の厚板材３２等を用いて形成されるものである。
【００３５】
ここで、アーム２１の主要部を構成する角筒体２２は、図９に示すように横断面が四角形状をなす筒体として形成され、その上側に位置する上板部２２Ａと、左，右両側の側板部２２Ｂ，２２Ｂと、下側に位置する下板部２２Ｃとを有して構成されている。
【００３６】
そして、角筒体２２の上板部２２Ａおよび左，右の側板部２２Ｂ，２２Ｂは、後述する一方の板状体２８（コ字形部材３３）を用いて形成され、角筒体２２の下板部２２Ｃは、後述する他方の板状体３４を用いて形成されるものである。
【００３７】
２５は角筒体２２の長手方向一側を閉塞する蓋板、２６は角筒体２２の一側に蓋板２５を介して設けられたシリンダブラケットで、このシリンダブラケット２６は、図２、図３に示す如く略三角形状をなす２枚のブラケット板として形成され、それぞれにピン穴２６Ａ，２６Ａが穿設されている。そして、シリンダブラケット２６のピン穴２６Ａには、図１に示すアームシリンダ１５のロッド側端部が回動可能にピン結合されるものである。
【００３８】
２７は角筒体２２の上板部２２Ａ上に設けられた先端側のシリンダブラケットで、このシリンダブラケット２７は、図２、図３に示す如く角筒体２２のボス取付部２３側に位置して上板部２２Ａの上面側に溶接手段を用いて接合されている。
【００３９】
また、このシリンダブラケット２７も、略三角形状をなす２枚のブラケット板として形成され、それぞれにピン穴２７Ａ，２７Ａが穿設されている。そして、シリンダブラケット２７のピン穴２７Ａには、図１に示すバケットシリンダ１８のボトム側端部が回動可能にピン結合されるものである。
【００４０】
２８は角筒体２２の素材となる一方の板状体で、この板状体２８は、図４、図５に示す如くその長手方向に延びる薄板材２９と、この薄板材２９の長手方向一側（基端側）に溶接部３０Ａの位置で突合わせ溶接された基端側の厚板材３１と、薄板材２９の長手方向他側（先端側）に溶接部３０Ｂの位置で突合わせ溶接された先端側の厚板材３２とにより構成されている。
【００４１】
そして、２つの厚板材３１，３２を薄板材２９の長手方向両端に突合せ溶接してなる溶接部３０Ａ，３０Ｂは、例えばアーク溶接またはレーザ溶接等の深い溶込みが得られる高エネルギ密度溶接により形成されている。
【００４２】
ここで、板状体２８の薄板材２９および厚板材３１，３２は、後述の折曲げ線２８Ａ，２８Ａを基準として左，右対称な形状をなし、それぞれが平坦な形状の平板材を用いて形成されている。そして、長手方向一側の厚板材３１は、他側の厚板材３２に比較して左，右方向で幅広な形状を有し、これらの間を長手方向に延びる薄板材２９は、厚板材３２側から厚板材３１側に向けて左，右両側が漸次幅広となる形状を有している。
【００４３】
また、薄板材２９は、図５に示すように例えば３．２〜５０ｍｍ程度の板厚ｔを有する鋼板を用いて形成され、厚板材３１，３２は、薄板材２９の板厚ｔに対して１．２〜２．０倍程度の板厚Ｔ（例えば、３．８４〜１００ｍｍ程度）を有する鋼板を用いて形成されている。
【００４４】
【数１】
この場合、厚板材３１は、図２、図３に示す角筒体２２の長手方向一側（基端側）に位置するボス取付部２３の素材となり、この厚板材３１には、図３に示すボス部２３Ａが溶接により取付けられる略半円形状をなした２個の取付溝３１Ａ，３１Ａが設けられている。
【００４６】
また、厚板材３２は、図３に示す角筒体２２の長手方向他側（先端側）に位置するボス取付部２４の素材となり、この厚板材３２には、図３に示すボス部２４Ａが溶接により取付けられる２個の取付穴３２Ａ，３２Ａと、図３に示すボス部２４Ｂが溶接により取付けられる半円形状をなした２個の取付溝３２Ｂ，３２Ｂとが設けられている。
【００４７】
また、厚板材３１は、取付溝３１Ａから溶接部３０Ａまでが図４に示すように寸法Ｌａ に設定され、厚板材３２は、溶接部３０Ｂから取付溝３２Ｂまでが寸法Ｌｂ に形成されるものである。
【００４８】
３３は板状体２８を曲げ加工することにより形成されたコ字形部材で、該コ字形部材３３は、板状体２８の薄板材２９を厚板材３１，３２と一緒に図４中に点線で示す折曲げ線２８Ａ，２８Ａの位置で凸湾曲状に曲げ加工することにより、図７に示す如く横断面がコ字形状またはＵ字形状をなすように塑性変形されたものである。
【００４９】
そして、図７中に示すコ字形部材３３の上面部分は、図９に示す角筒体２２の上板部２２Ａを形成し、コ字形部材３３の左，右両側部分は、角筒体２２の左，右の側板部２２Ｂ，２２Ｂを形成することになる。また、コ字形部材３３の下側部分には、図８に示すように下側開口３３Ａが形成され、この開口３３Ａは、後述の板状体３４により閉塞されるものである。
【００５０】
３４はコ字形部材３３と共に角筒体２２を構成する他方の板状体で、この板状体３４は、図８ないし図１０に示す如くコ字形部材３３の下側開口３３Ａに沿って長手方向に延びる平坦な平板材を用いて細長い長方形状に形成され、その長手方向寸法は、図４に示す寸法Ｌａ ，Ｌｂ に薄板材２９の長さを合計した寸法にほぼ対応している。
【００５１】
また、板状体３４の幅寸法は、図８、図９に示す如く左，右の側板部２２Ｂ，２２Ｂ間の間隔よりも僅かに大きい寸法となっている。そして、板状体３４は、図８、図９に示す如くコ字形部材３３の開口３３Ａを下側から閉塞するようにコ字形部材３３の下端側端面に当接され、アーク溶接またはレーザ溶接等の手段を用いた接合部３５，３５によりコ字形部材３３に対して固着されるものである。
【００５２】
これにより、コ字形部材３３の開口３３Ａは、下側から板状体３４を用いて閉塞され、図９に示す如く横断面が四角形状をなす角筒体２２が形成される。そして、板状体３４は、角筒体２２の下板部２２Ｃを形成するものである。なお、板状体３４は、前述した板状体２８の薄板材２９とほぼ同様の板厚をもった鋼板により形成されている。
【００５３】
本実施の形態による油圧ショベル１は上述の如き構成を有するもので、次に、その作業腕となるアーム２１の製造方法について説明する。
【００５４】
まず、アーム２１の主要部となる角筒体２２を製造する工程では、図４に示す如く長手方向に延びる薄板材２９と、その長手方向両側に位置する厚板材３１，３２とを、溶接部３０Ａ，３０Ｂの位置でアーク溶接またはレーザ溶接等の手段を用いて突合わせ溶接し、長手方向で板厚が部分的に異なる板状体２８を形成する（第１の溶接工程）。
【００５５】
次に、このように形成した板状体２８を、プレス機械の金型（図示せず）等を用いて曲げ加工し、図７、図８に示す如く横断面がコ字形状をなすコ字形部材３３に塑性変形させる（曲げ加工工程）。この場合、板状体２８は、図４中に示す折曲げ線２８Ａ，２８Ａの位置で断面Ｌ字状に湾曲され、コ字形部材３３としてプレス成形される。
【００５６】
また、コ字形部材３３とは別体の板状体３４を図８、図１０に示すように形成する。そして、コ字形部材３３の下側に位置する開口３３Ａを板状体３４で閉塞するように、この板状体３４をコ字形部材３３の開口３３Ａ側にレーザ溶接等の手段を用いて接合する（第２の溶接工程）。
【００５７】
これにより、コ字形部材３３と板状体３４とから横断面が四角形状をなす角筒体２２を、図９に示す如く形成する。そして、角筒体２２の上板部２２Ａと左，右の側板部２２Ｂ，２２Ｂを、コ字形部材３３により形成でき、角筒体２２の下板部２２Ｃを、板状体３４によって形成することができる。
【００５８】
次に、角筒体２２の長手方向一側には、図１０に示すように蓋板２５をレーザ溶接等の手段を用いて接合し、この蓋板２５によって角筒体２２の一側端部を閉塞する。そして、この蓋板２５の外側には、図２、図３に示すようにシリンダブラケット２６，２７を溶接して設ける。
【００５９】
これにより、作業腕としてのアーム２１を製造することができる。また、図１に示す作業装置１１の先端側の作業腕となるブーム１２についても、アーム２１と同様にそれぞれ角筒体として形成できるものである。
【００６０】
次に、このような作業装置１１が設けられた油圧ショベル１は、走行体２を走行駆動することにより前進または後進することができる。また、旋回体３を走行体２上で旋回駆動することにより、作業装置１１の方向を適宜に変えることができる。
【００６１】
そして、土砂等の掘削作業を行うときには、ブームシリンダ１４、アームシリンダ１５およびバケットシリンダ１８を伸縮させることにより、作業装置１１のブーム１２、アーム２１およびバケット１３を作動させ、このバケット１３によって掘削作業を行なうことができる。
【００６２】
かくして、本実施の形態によれば、アーム２１の主要部となる角筒体２２を製造するときに、図４に示す如く薄板材２９と、その長手方向両側の厚板材３１，３２とを突合わせ溶接することにより、長手方向で板厚が部分的に異なる板状体２８を形成した後に、この板状体２８を折曲げ線２８Ａ，２８Ａの位置で曲げ加工し、図７、図８に示す如く横断面がコ字形状をなすコ字形部材３３に塑性変形させる構成としている。
【００６３】
また、コ字形部材３３とは別体の板状体３４を用いてコ字形部材３３の下側に位置する開口３３Ａを閉塞するように、この板状体３４をコ字形部材３３の開口３３Ａ側にレーザ溶接等の手段を用いて接合し、これによって、図９に示す如く横断面が四角形状をなす角筒体２２を形成する構成としている。
【００６４】
この結果、アーム２１の主要部となる角筒体２２は、その上板部２２Ａおよび左，右の側板部２２Ｂ，２２Ｂを、一方の板状体２８からなるコ字形部材３３により形成でき、角筒体２２の下板部２２Ｃは、他方の板状体３４によって形成することができる。
【００６５】
即ち、本発明者等が行った作業腕（例えば、アーム２１）に要求される構造解析によれば、角筒体２２の長手方向両側に位置するボス取付部２３，２４側では剛性を確保し、疲労強度を高める上で板厚を大きくすることが必要であるが、これらのボス取付部２３，２４間に位置する中間部分は、荷重分担が比較的小さくなることが知見されたものである。
【００６６】
そこで、本実施の形態にあっては、角筒体２２のボス取付部２３，２４に該当する板状体２８（コ字形部材３３）の部分を厚板材３１，３２を用いて形成し、これらの厚板材３１，３２間には長手方向に延びる薄板材２９を用いる構成としている。
【００６７】
このため、角筒体２２の大部分を薄板材２９により形成することができ、アーム２１全体の重量を確実に軽減することができる。また、角筒体２２の長手方向両側に位置するボス取付部２３，２４は、厚板材３１，３２を用いて形成することにより、それぞれの剛性を確保でき、その疲労強度も高めることができる。
【００６８】
これにより、アーム２１全体の剛性を高めることができ、例えば土砂等の掘削作業時にバケット１３側からアーム２１が受ける掘削反力等を、十分な強度をもって受承することができる。また、薄板材２９と厚板材３１，３２のように板厚が異なる鋼板等を用いてアーム２１の角筒体２２を形成でき、アーム２１の素材として汎用性が高い板材を採用することができる。
【００６９】
また、角筒体２２の素材となる板状体２８は、コ字形部材３３に塑性変形させる曲げ加工前の段階で、図５に示すように薄板材２９と厚板材３１，３２とを長手方向で溶接部３０Ａ，３０Ｂにより突合わせ溶接して形成することができ、このときの溶接作業を例えば２次元の溶接施工として行うことができる。
【００７０】
この場合、長手方向に延びる薄板材２９を前，後の厚板材３１，３２間に挟み込んで配置するように定盤上に並べ、これらを同一平面上に配置した状態で溶接部３０Ａ，３０Ｂを突合わせ溶接により形成することができるので、これらの溶接部３０Ａ，３０Ｂは２次元の溶接施工となり、従来技術で述べた３次元の溶接施工よりも接合部の位置決め作業を大幅に簡略化でき、溶接時の作業性を向上できると共に、接合部の強度を十分に確保することができる。
【００７１】
また、深い溶込みが得られるレーザ溶接等の高エネルギ密度溶接を用いた場合には、板状体２８の薄板材２９と厚板材３１，３２との溶接部位（溶接部３０Ａ，３０Ｂ）における接合強度を高めることができ、例えば片側からの溶接施工で裏側に貫通する完全溶接が可能となる。
【００７２】
これにより、アーク溶接等による部分溶込み、バッキング付の完全溶込みに比較しても高エネルギ密度溶接による疲労寿命を向上することができる。また、レーザ溶接等の高エネルギ密度溶接は、アーク溶接に較べて５倍程度の高速溶接が可能であり、入熱量を低く抑えることができ、特に板厚が小さい薄板材２９等に溶接後の熱変形が生じたりするのを抑制できると共に、曲げ加工時の負荷に対しても十分な接合強度を確保することができる。
【００７３】
また、図８、図９に示すように板状体３４をコ字形部材３３の開口３３Ａ側にレーザ溶接等の手段で接合し、角筒体２２を形成する場合でも、ほぼ９０°の曲げ角をもってプレス成形されたコ字形部材３３に対し、その開口３３Ａ側を閉塞するように板状体３４を位置合わせするだけでよく、図１０に示すコ字形部材３３の長手方向に対しても位置合わせを容易に行うことができ、溶接時の作業性を向上できると共に、完全溶接による接合部３５の強度を十分に確保することができる。
【００７４】
従って、本実施の形態によれば、互いに板厚が異なる薄板材２９と厚板材３１，３２等とを用いて一方の板状体２８およびコ字形部材３３を形成し、他方の板状体３４をコ字形部材３３の開口３３Ａ側に組合せるだけで、横断面が四角形状をなす角筒体２２を形成することができ、作業腕となるアーム２１の軽量化を図ることができると共に、その剛性も十分に確保することができる。
【００７５】
また、薄板材２９と厚板材３１，３２とからなる一方の板状体２８を、例えば２次元の溶接施工により形成することができ、３次元の溶接施工に比較して接合部の位置決め作業を大幅に簡略化できると共に、溶接時の作業性を向上でき、接合部の強度を十分に確保することができる。
【００７６】
さらに、一方の板状体２８を曲げ加工したコ字形部材３３を用いるために、３次元の溶接施工が必要な溶接箇所を減らすことができ、接合部の位置決め作業が簡単な２次元の溶接施工に置き換えることができる。これにより、溶接時の作業性を向上でき、接合部の強度も十分に確保することができる。
【００７７】
次に、図１１ないし図１５は本発明の第２の実施の形態を示し、本実施の形態では前記第１の実施の形態と同基端側の構成要素に同基端側の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００７８】
然るに、本実施の形態の特徴は、一方の板状体をコ字形状に曲げ加工することにより角筒体の下板部および左，右の側板部を形成し、他方の板状体により角筒体の上板部を形成する構成としたことにある。
【００７９】
図中、４１は本実施の形態で採用する作業腕としてのアームで、このアーム４１は、第１の実施の形態で述べたアーム２１とほぼ同様に、図１１中に示す如くその長手方向に延びる角筒体４２と、蓋板２５およびシリンダブラケット２６，２７等とにより構成されている。そして、角筒体４２の長手方向両側は、それぞれボス取付部４３，４４となっている。
【００８０】
また、角筒体４２の長手方向一側（基端側）に位置するボス取付部４３には、１個のボス部４３Ａが接合して設けられ、このボス部４３Ａは、図１中に例示したブーム１２の先端側に回動可能にピン結合されることになる。そして、ボス取付部４３は、後述の厚板材４８等を用いて形成されるものである。
【００８１】
また、角筒体４２の長手方向他側（先端側）に位置するボス取付部４４には、２個のボス部４４Ａ，４４Ｂが接合して設けられ、一方のボス部４４Ａには図１中に例示したリンク１６がピン結合され、他方のボス部４４Ｂにはバケット１３が回動可能にピン結合される。そして、ボス取付部４４は、後述の厚板材４９等を用いて形成されるものである。
【００８２】
ここで、アーム４１の主要部を構成する角筒体４２は、図１５に示すように横断面が四角形状をなす筒体として形成され、その上側に位置する上板部４２Ａと、左，右両側の側板部４２Ｂ，４２Ｂと、下側に位置する下板部４２Ｃとを有して構成されている。
【００８３】
しかし、本実施の形態にあっては、角筒体４２の上板部４２Ａが、後述する他方の板状体５１を用いて形成され、左，右の側板部４２Ｂ，４２Ｂおよび下板部４２Ｃは、後述する一方の板状体４５（コ字形部材５０）を用いて形成されるものである。
【００８４】
４５は角筒体４２の素材となる一方の板状体で、この板状体４５は、図１２に示す如くその長手方向に延びる薄板材４６と、この薄板材４６の長手方向一側（基端側）に溶接部４７Ａの位置で突合わせ溶接された基端側の厚板材４８と、薄板材４６の長手方向他側（先端側）に溶接部４７Ｂの位置で突合わせ溶接された先端側の厚板材４９とにより構成されている。そして、溶接部４７Ａ，４７Ｂは、例えばアーク溶接またはレーザ溶接等の手段により形成されている。
【００８５】
ここで、板状体４５の薄板材４６および厚板材４８，４９は、後述の折曲げ線４５Ａ，４５Ａを基準として左，右対称な形状をなし、それぞれが平坦な形状の平板材を用いて形成されている。そして、長手方向一側の厚板材４８は、他側の厚板材４９に比較して左，右方向で幅広な形状を有し、これらの間を長手方向に延びる薄板材４６は、厚板材４９側から厚板材４８側に向けて左，右両側が漸次幅広となる形状を有している。
【００８６】
また、これらの薄板材４６および厚板材４８，４９は、第１の実施の形態で述べた薄板材２９および厚板材３１，３２と同様の板厚を有する鋼板を用いて形成されている。そして、厚板材４８は、図１１中に示すボス取付部４３の素材となり、この厚板材４８には、図１１に示すボス部４３Ａが溶接により取付けられる略半円形状をなした２個の取付溝４８Ａ，４８Ａが、折曲げ線４５Ａ，４５Ａを挟んで互いに対向するように形成されている。
【００８７】
また、厚板材４９は、図１１中に示すボス取付部４４の素材となり、この厚板材４９には、図１１に示すボス部４４Ａが溶接により取付けられる２個の取付穴４９Ａ，４９Ａと、ボス部４４Ｂが溶接により取付けられる半円形状をなした２個の取付溝４９Ｂ，４９Ｂとが設けられている。
【００８８】
５０は一方の板状体４５を曲げ加工することにより形成されたコ字形部材で、該コ字形部材５０は、板状体４５の薄板材４６を厚板材４８，４９と一緒に図１２中に点線で示す折曲げ線４５Ａ，４５Ａの位置で凹湾曲状に曲げ加工することにより、図１３、図１４に示す如く横断面がコ字形状またはＵ字形状をなすように塑性変形されたものである。
【００８９】
そして、図１４中に示すコ字形部材５０の下面部分は、図１５に示す角筒体４２の下板部４２Ｃを形成し、コ字形部材５０の左，右両側部分は、角筒体４２の左，右の側板部４２Ｂ，４２Ｂを形成することになる。また、コ字形部材５０の上側部分には、図１４に示すように上側開口５０Ａが形成され、この開口５０Ａは、後述の板状体５１により閉塞されるものである。
【００９０】
５１はコ字形部材５０と共に角筒体４２を構成する他方の板状体で、この板状体５１は、図１３に示す如くコ字形部材５０の上側開口５０Ａに沿って長手方向に延びる平坦な平板材を用いて細長い長方形状に形成されている。そして、板状体５１は、コ字形部材５０の開口５０Ａを上側から閉塞するようにコ字形部材５０の上端側端面に当接され、アーク溶接またはレーザ溶接等の手段を用いた接合部５２，５２によりコ字形部材５０に対して固着されるものである。
【００９１】
これにより、コ字形部材５０の開口５０Ａは、上側から板状体５１を用いて閉塞され、図１５に示す如く横断面が四角形状をなす角筒体４２が形成される。そして、板状体５１は、角筒体４２の上板部４２Ａを形成するものである。なお、板状体５１は、前述した板状体４５の薄板材４６とほぼ同様の板厚をもった鋼板により形成されている。
【００９２】
かくして、このように構成される本実施の形態でも、前記第１の実施の形態とほぼ同様に、互いに板厚が異なる薄板材４６と厚板材４８，４９とを用いて板状体４５およびコ字形部材５０を形成することができ、作業腕となるアーム４１の軽量化を図ることができると共に、その剛性も十分に確保することができる。
【００９３】
そして、本実施の形態によれば、角筒体４２の上板部４２Ａを、板状体５１により形成でき、左，右の側板部４２Ｂ，４２Ｂと下板部４２Ｃを、板状体４５を曲げ加工してなるコ字形部材５０により形成することができる。
【００９４】
なお、前記第１の実施の形態では、他方の板状体３４を薄板材２９と同等の板厚をもった鋼板により形成するものとして説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、例えば図１６に示す第１の変形例のように、他方の板状体６１を、その長手方向に延びる薄板材６２と、この薄板材６２の長手方向両端部にそれぞれ突合わせ溶接された厚板材６３，６４とにより構成してもよい。
【００９５】
この場合、厚板材６３は、図４に例示した厚板材３１の寸法Ｌａ よりも大なる寸法ＬＡ （ＬＡ ＞Ｌａ ）に形成し、厚板材６４は、図４に例示した厚板材３２の寸法Ｌｂ よりも大なる寸法ＬＢ （ＬＢ ＞Ｌｂ ）に形成するのがよく、これによってコ字形部材３３に対する接合部３５（図９に示す）の溶接強度等を高めることができる。
【００９６】
また、第１の実施の形態で述べた先端側の板状体３４に替えて、例えば図１７に示す第２の変形例のように、先端側の板状体７１を厚板材３１，３２とほぼ同様の板厚を有する厚板材を用いて形成してもよい。そして、これらの点は、第２の実施の形態の用いた先端側の板状体５１についても同様の変更が可能である。
【００９７】
また、前記各実施の形態では、油圧ショベル１の作業装置１１におけるアーム２１を、例えば角筒体２２，４２等からなる作業腕とした場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば図１に示すブーム１２についても前述の如き角筒体を用いて形成してもよいものである。
【００９８】
また、本発明の適用対象は、例えばオフセットブーム式の作業装置であってもよく、この場合は、当該作業装置のフロント部分を構成するロアブーム、アッパブームまたはアーム等を、前述の如き角筒体を用いて形成してもよい。
【００９９】
さらに、本発明は装軌式の油圧ショベルに限らず、例えばホイール式の油圧ショベルまたは浚渫船等に用いる作業装置（フロント部分）に適用してもよく、油圧クレーン等の建設機械にも広く適用できるものである。
【０１００】
【発明の効果】
以上詳述した通り、請求項１に記載の発明によれば、建設機械用の作業腕を複数の板材を接合して横断面が四角形状をなす角筒体として形成し、板厚が異なる複数の平板材を前記角筒体の長手方向で突合わせて溶接することにより形成され横断面がコ字形状をなす部材として曲げ加工される一方の板状体と、一方の板状体に溶接して設けられ前記角筒体の長手方向に延びる他方の板状体とを備える構成としているので、作業腕の角筒体を、長手方向で板厚が異なる複数の平板材により形成でき、作業腕の素材として汎用性が高い板材を採用することができる。また、一方の板状体は曲げ加工する前の段階で、その長手方向端面を互いに突合わせるようにして溶接でき、従来技術で述べたように板材の接合部位を溶接の前に位置合わせするときの作業を簡略化することができる。
【０１０１】
従って、長手方向で板厚が異なる複数の平板材を用いて横断面が四角形状をなす角筒体を形成することにより、作業腕の軽量化を図ると共に、その剛性を確保することができ、溶接作業も効率的に行うことができる。そして、３次元の溶接施工が必要な溶接箇所を減らして、接合部の位置決め作業が簡単な２次元の溶接施工に置き換えることができ、溶接時の作業性を向上できると共に、接合部の強度を十分に確保することができる。
【０１０２】
また、請求項２に記載の発明は、角筒体の上板部および左，右の側板部に相当する部分を、横断面がコ字形状に曲げ加工された一方の板状体により形成でき、角筒体の下板部に相当する部分を他方の板状体により形成することができる。
【０１０３】
一方、請求項３に記載の発明は、角筒体の下板部および左，右の側板部に相当する部分を、横断面がコ字形状に曲げ加工された一方の板状体により形成でき、角筒体の上板部に相当する部分を他方の板状体により形成することができる。
【０１０４】
また、請求項４に記載の発明によると、一方の板状体は、角筒体の長手方向に延びる薄板材と、前記薄板材の長手方向基端側に接合して設けられ基端側のボス取付部を形成する基端側の厚板材と、前記薄板材の長手方向先端側に接合して設けられ先端側のボス取付部を形成する先端側の厚板材とにより構成しているので、作業腕の基端側と先端側とでそれぞれのボス取付部を形成する各厚板材を、薄板材の長手方向両端側にそれぞれ接合して設けた状態で、これらの厚板材を薄板材と一緒に曲げ加工することによって、横断面がコ字形状をなす部材を形成することができ、従来技術のように上板、左，右の側板および下板を別々に形成して溶接する必要をなくし、溶接時の作業性を高めることができる。そして、作業腕としての剛性を確保しつつ全体の軽量化を図ることができるので、例えば土砂等の掘削作業時に作業腕が受ける掘削反力等を、十分な強度をもって受承することができ、作業腕としての剛性を確保することができる。
【０１０５】
一方、請求項５に記載の発明による建設機械用作業腕の製造方法は、第１の溶接工程で板厚が部分的に異なる一方の板状体を、板厚が異なる複数の平板材を長手方向で互いに突合わせ溶接して形成でき、このときの溶接作業を例えば２次元の溶接施工として行うことができる。そして、その後の曲げ加工工程では、前記一方の板状体に曲げ加工を施すことにより、この板状体を横断面がコ字形状をなすコ字形部材として形成することができる。また、その後の第２の溶接工程では、他方の板状体を前記コ字形部材の開口側に溶接することにより、前記コ字形部材の開口側を他方の板状体で閉塞でき、作業腕を横断面が四角形状をなす角筒体として形成することができる。
【０１０６】
また、請求項６に記載の発明によると、第１の溶接工程では、角筒体の長手方向に延びる薄板材と長手方向の基端側，先端側でボス取付部となる各厚板材とを薄板材の長手方向両端部で接合して一方の板状体を形成し、曲げ加工工程では、前記薄板材と各厚板材とを一緒に曲げ加工して前記一方の板状体からコ字形部材を成形しているので、作業腕の両端側でそれぞれボス取付部となる各厚板材を、長手方向に延びる薄板材の両端部に予め接合して設けた状態で、これらの厚板材を薄板材と一緒に曲げ加工してコ字形部材を形成することができ、溶接箇所を減らして作業腕の製造工程を簡素化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による油圧ショベルを示す正面図である。
【図２】図１中のアームを単体として示す拡大正面図である。
【図３】図２に示すアームの斜視図である。
【図４】図２に示すアームの素材となる板状体の展開図である。
【図５】板状体を図４中の矢示Ｖ−Ｖ方向からみた断面図である。
【図６】板状体を図４中の矢示ＶＩ−ＶＩ方向からみた断面図である。
【図７】図６の板状体をコ字形状に曲げ加工した状態を示す断面図である。
【図８】コ字形部材に他方の板状体を接合する前の状態を示す断面図である。
【図９】コ字形部材に他方の板状体を接合して角筒体を形成した状態を示す断面図である。
【図１０】コ字形部材に他方の板状体を接合する前の状態を示す分解斜視図である。
【図１１】第２の実施の形態によるアームを示す拡大正面図である。
【図１２】図１１に示すアームの素材となる板状体の展開図である。
【図１３】図１２の板状体を曲げ加工したコ字形部材に他方の板状体を接合する前の状態を示す分解斜視図である。
【図１４】図１３中のコ字形部材に他方の板状体を接合する前の状態を示す断面図である。
【図１５】図１４中のコ字形部材に他方の板状体を接合して角筒体を形成した状態を示す断面図である。
【図１６】第１の変形例による他方の板状体を示す斜視図である。
【図１７】第２の変形例による他方の板状体を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ 油圧ショベル（建設機械）
２ 走行体
３ 旋回体
１１ 作業装置（フロント部分）
１２ ブーム（作業腕）
１３ バケット（作業具）
２１，４１ アーム（作業腕）
２２，４２ 角筒体
２２Ａ，４２Ａ 上板部
２２Ｂ，４２Ｂ 側板部
２２Ｃ，４２Ｃ 下板部
２３，４３ 基端側のボス取付部
２４，４４ 先端側のボス取付部
２８，４５ 一方の板状体
２９，４６ 薄板材（平板材）
３０Ａ，３０Ｂ，４７Ａ，４７Ｂ 溶接部
３１，４８ 基端側の厚板材（平板材）
３２，４９ 先端側の厚板材（平板材）
３３，５０ コ字形部材
３４，５１，６１，７１ 先端側の板状体
３５，５２ 接合部
Claims (6)
- 建設機械のフロント部分を構成するため複数の板材を互いに接合することにより長手方向に延び横断面が四角形状をなす角筒体として形成される建設機械用作業腕において、
板厚が異なる複数の平板材を前記角筒体の長手方向で突合わせて溶接することにより形成され、横断面がコ字形状をなす部材として曲げ加工される一方の板状体と、
前記コ字形状をなす一方の板状体と共に横断面が四角形状の前記角筒体を形成するため前記一方の板状体に溶接して設けられ前記角筒体の長手方向に延びる他方の板状体とを備える構成としたことを特徴とする建設機械用作業腕。 - 横断面が四角形状をなす前記角筒体は、互いに長手方向に延びる上板部、左，右の側板部および下板部からなり、前記一方の板状体は、横断面がコ字形状に曲げ加工されることにより前記上板部および左，右の側板部を形成し、前記他方の板状体は前記下板部を形成する構成としてなる請求項１に記載の建設機械用作業腕。
- 横断面が四角形状をなす前記角筒体は、互いに長手方向に延びる上板部、左，右の側板部および下板部からなり、前記一方の板状体は、横断面がコ字形状に曲げ加工されることにより前記下板部および左，右の側板部を形成し、前記他方の板状体は前記上板部を形成する構成としてなる請求項１に記載の建設機械用作業腕。
- 前記一方の板状体は、前記角筒体の長手方向に延びる薄板材と、前記薄板材の長手方向基端側に接合して設けられ基端側のボス取付部を形成する基端側の厚板材と、前記薄板材の長手方向先端側に接合して設けられ先端側のボス取付部を形成する先端側の厚板材とにより構成し、これらの薄板材と各厚板材とは互いに接合した状態で前記コ字形状をなす部材として曲げ加工される構成としてなる請求項１，２または３に記載の建設機械用作業腕。
- 建設機械のフロント部分を構成するため複数の板材を互いに接合することにより長手方向に延び横断面が四角形状をなす角筒体として形成される建設機械用作業腕の製造方法において、
板厚が異なる複数の平板材を前記角筒体の長手方向で突合わせて溶接し、長手方向で板厚が部分的に異なる一方の板状体を形成する第１の溶接工程と、
前記一方の板状体を全長にわたって曲げ加工することにより、横断面がコ字形状をなして長手方向に延びるコ字形部材を形成する曲げ加工工程と、
前記コ字形部材の開口側を他方の板状体で閉塞して横断面が四角形状の前記角筒体を形成するため、前記他方の板状体を前記コ字形部材の開口側に溶接して設ける第２の溶接工程とからなる建設機械用作業腕の製造方法。 - 前記第１の溶接工程では、前記角筒体の長手方向に延びる薄板材と長手方向の基端側，先端側のボス取付部となる各厚板材とを前記薄板材の長手方向両端部で接合して前記一方の板状体を形成し、前記曲げ加工工程では、前記薄板材と各厚板材とを一緒に曲げ加工して前記一方の板状体から前記コ字形部材を成形してなる請求項５に記載の建設機械用作業腕の製造方法。
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