JP2006057373A - 車両用カウンタウエイト - Google Patents

Abstract

【課題】 筐体の破損が起きにくい、大きな強度を有する車両用カウンタウエイトを提供する。
【解決手段】 金属製の筐体と、前記筐体の一部に固着されて筐体の内部空間を複数の区画に仕切る仕切板と、前記複数の区画のうち少なくとも２つの区画に達する金属部材と、筐体の内部に金属部材よりも上方まで充填されたコンクリートとを備え、前記仕切板のうち少なくとも１つが、仕切板を挟んだ両側の区画を連通させる連通孔を有し、前記金属部材が前記連通孔内の上下方向中央部よりも上側を通っていることを特徴とする車両用カウンタウエイト。
【選択図】 図２

Description

本発明は、車両用カウンタウエイトに関する。

従来から、特許文献１に開示されたように、中空の鋼板製の筐体の内部を複数の区画に仕切り、それぞれの区画に重量物を入れたカウンタウエイトが知られている。図１４は、特許文献１に開示されたカウンタウエイト１７の断面図を示している。

図１４において、筐体２２の内部には、内部空間を３つの区画３２Ａ〜３２Ｃに仕切る仕切板２４，２４が固着されている。仕切板２４，２４には、それぞれ連通孔２５，２５が設けられ、各区画３２Ａ〜３２Ｃを連通している。筐体２２の内部には、コンクリートや鉄片等からなる重量物（図示せず）が充填される。

特開平８−２８４２１０号公報

しかしながら、前記従来技術には、次に述べるような問題がある。
即ち、従来技術において筐体２２の内部に例えばコンクリートを充填して固化させた場合、連通孔２５，２５を介して各区画３２Ａ〜３２Ｃのコンクリートは一体となる。ところが、連通孔２５，２５は各区画３２Ａ〜３２Ｃに比べて断面積が小さいため、コンクリートは、連通孔２５，２５内部において強度が弱くなる。

その結果、カウンタウエイト１７を搭載した車両が衝撃を受けるなどしてカウンタウエイト１７に力がかかると、コンクリートは連通孔２５，２５の部分において、ヒビ割れを起こしやすくなる。その結果、カウンタウエイト１７に力がかかると筐体２２内部でコンクリートが動いて筐体２２に大きな力がかかり、筐体２２が破損することがある。これを避けるために、筐体２２を形成する鋼板を厚くしなければならないという課題がある。

本発明は、上記の問題に着目してなされたものであり、筐体の破損が起きにくい、大きな強度を有する車両用カウンタウエイトを提供することを目的としている。

上記の目的を達成するために、第１発明の車両用カウンタウエイトは、
金属製の筐体と、
前記筐体の一部に固着されて筐体の内部空間を複数の区画に仕切る仕切板と、
前記複数の区画のうち少なくとも２つの区画に達する金属部材と、
筐体の内部に金属部材よりも上方まで充填されたコンクリートとを備え、
前記仕切板のうち少なくとも１つが、仕切板を挟んだ両側の区画を連通させる連通孔を有し、
前記金属部材が前記連通孔内を通っている。
また第１発明を主体とする第２発明は、
前記連通孔内を通る金属部材が、前記連通孔の上下方向中央部よりも上側を通っている。
また第２発明を主体とする第３発明は、
前記連通孔内を通る金属部材が、前記連通孔の上縁部に固定されている。
また第４発明は、
金属製の筐体と、
前記筐体の一部に固着されて筐体の内部空間を複数の区画に仕切る仕切板と、
前記複数の区画のうち少なくとも２つの区画に達する金属部材と、
筐体の内部に金属部材よりも上方まで充填されたコンクリートとを備え、
前記金属部材が、前記仕切板の上端部よりも上側を通っている。

第１発明によれば、固着された仕切板によって筐体が補強される。また、金属部材がコンクリートの内部を複数の区画にわたって通るので、区画内及び区画間のコンクリートが強固に結合される。これにより、コンクリートに引っ張り力がかかった場合の耐久性（以下、引っ張り強度と呼ぶ）が増し、ヒビ割れが少なくなるとともに、筐体の厚さを薄くすることも可能である。そして、仕切板の両側のコンクリートが連通孔を介して結合するので、区画間のコンクリートがさらに強固に結合される。しかもこのとき金属部材が連通孔を通るので、結合部分を補強して引っ張り強度を増している。
また第２発明によれば、大きな引っ張り力がかかる連通孔上部のコンクリートを、確実に補強できる。
また第３発明によれば、補強効果の最も大きな位置に、金属部材を容易に固定できる。
また第４発明によれば、連通孔を持たないような構成の仕切板においても、各区画のコンクリートを連通させて鉄筋をその内部に入れることにより、コンクリートの引っ張り強度を増すことができる。

以下、図を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。まず、第１実施形態について説明する。
図１は、車両の一例として、油圧ショベル１１の側面図を示している。図１において、油圧ショベル１１は履帯１４を備えた下部走行体１３と、下部走行体１３に対して水平面内で旋回自在の上部旋回体１２とを有している。上部旋回体１２の前部には、作業機１６が備えられている。

尚、以下の説明においては、油圧ショベル１１の進行方向を前後方向とし、上部旋回体１２において、作業機１６が設置された側を前方とする。また、水平面内で前後方向に直交する方向を左右方向とし、左右の向きは、油圧ショベル１１の後方から見て定めるものとする。

上部旋回体１２の上部には、運転室１５が搭載されている。上部旋回体１２の後端部には、重心のバランスを取るためのカウンタウエイト１７が付設されている。カウンタウエイト１７は、後述するように中空の鋼板製の筐体（図示せず）の内部に、コンクリートを充填して固化させることにより、構成されている。

図２に、コンクリートを充填する前のカウンタウエイト１７の筐体２２と、上部旋回体１２の後端部に設けられたカウンタウエイト１７の取付部とを、後方斜め上から見た斜視図で示す。

また、図３に、筐体２２の側面断面図（図２のＡ−Ａ視図）を示す。尚、以下の側面断面図においては、充填されるコンクリート３１の上面を、二点鎖線で示す。また図４に、筐体２２にコンクリート３１を充填した後の、カウンタウエイト１７を後方から見た背面断面図（図２のＢ−Ｂ視図）を示す。

図２〜図４に示すようにカウンタウエイト１７の筐体２２は、ここでは一例として六角柱形状を有している。筐体２２は、前部の前側板３５Ａ、後部の後側板３５Ｂ、側部の４枚の横側板３５Ｃ、及び底板３５Ｄからなる箱状部材２０と、箱状部材２０の上部を塞ぐ蓋部材２１とからなっている。

図２に示すように、油圧ショベル１１の上部旋回体１２の後部には、図示しないメインビームから延長された取付部１９が設けられている。また、箱状部材２０の前部下部内側には、直方体状に窪んだ凹部１８が設けられている。箱状部材２０の凹部１８に、取付部１９の下方からボルト２３をねじ込むことにより、カウンタウエイト１７の油圧ショベル１１に対する位置決めと固定とを行なう。

また、箱状部材２０には、内部を左右方向に複数の区画３２Ａ〜３２Ｃに仕切る仕切板２４が設けられている。仕切板２４は、前記凹部１８の上部と、箱状部材２０の前側板３５Ａと、後側板３５Ｂとに、溶接等の手段で固着されている。

蓋部材２１は、前記箱状部材２０内部の分割された区画３２Ａ〜３２Ｃを、それぞれ上方から塞ぐように３分割（２１Ａ〜２１Ｃ）されている。また、箱状部材２０の側板３５Ａ〜３５Ｃには、それぞれ蓋部材２１を適切な高さに支持する図示しないブラケットが取り付けられている。箱状部材２０内部にコンクリート３１を充填して固化させた後、蓋部材２１を箱状部材２０上部及び仕切板２４上部に溶接等によって固着することにより、カウンタウエイト１７を構成する。

仕切板２４には、その略中央部に連通部である連通孔２５が設けられている。また仕切板２４の後部には切欠部２７が設けられ、後側板３５Ｂと仕切板２４の後部との間には、後部空間３０が生じている（図３参照）。従って、各区画３２Ａ〜３２Ｃに充填されたコンクリート３１同士は、連通孔２５及び後部空間３０を介して互いに連通し、一体となって固化している（図４参照）。

仕切板２４の連通孔２５の上縁部には、左右方向を長手方向とした鉄筋２６が、溶接やネジ止め等の手段により固定されている。鉄筋２６は、連通孔２５を通って全区画３２Ａ〜３２Ｃに達している。コンクリート３１は、鉄筋２６よりも上方まで充填される。鉄筋２６はコンクリート３１の中に埋まり、コンクリート３１は固化する際に、鉄筋２６に強固に付着する。

尚、鉄筋２６の本数について、図２では図をわかりやすくするために２本のみ描画しており、図３では４本を描画しているが、後述するようにこれらに限られるものではない。

以下、作用について説明する。以下の説明においては、各区画３２Ａ〜３２Ｃのコンクリート３１が連通する領域を、連通領域２９と呼ぶ。また、連通領域２９の上下方向における中心位置を通る水平面を、中立面２８と呼ぶ。連通領域２９は、中立面２８の上方に位置する上部連通領域２９Ａと、中立面２８の下方に位置する下部連通領域２９Ｂとに分けられる（図３、図４参照）。

図５に、鉄筋２６が入っていない状態における、カウンタウエイト１７の背面断面図を示す。また図６に、鉄筋を入れた状態のカウンタウエイト１７の背面断面図を示す。尚、ここでは説明を簡単にするために、カウンタウエイト１７が凹部を持たない直方体形状をしているものとする。また、筐体２２は描画を省略し、筐体２２の内部のコンクリート３１と仕切板２４のみを描画している。

車両においては、作業時や走行時に、カウンタウエイト１７に対して下向きの大きな加速度が生じるため、下向きに頻繁に大きな力がかかる。また、一般的な車両のカウンタウエイト１７は、長手方向が左右方向となっていて、その略中央部を支持されていることが多い（図２参照）。

その結果、図５に示すように、カウンタウエイト１７には、左右方向両端部を押し下げようという力Ｆが働く。そのため、各区画３２Ａ〜３２Ｃにおいて、コンクリート３１の上部には主に引っ張り力Ｆ１が加えられ、下部には主に圧縮力Ｆ２が加えられる。コンクリート３１は、圧縮力には強いが、引っ張り力には弱く、圧縮力の１０〜１５分の１程度の引っ張り力でも、ヒビ割れすることがある。

これに対して、コンクリート３１の内部に鉄筋２６を入れると、コンクリートに引っ張り力がかかった場合の耐久性である引っ張り強度を増すことができる。そこで、筐体（図示せず）の内部の上部に、各区画３２Ａ〜３２Ｃに達するように左右方向を長手方向とした鉄筋２６を入れ、鉄筋２６よりも上方までコンクリート３１を充填する。これにより、コンクリート３１の引っ張り強度が増し、コンクリート３１のヒビ割れや、これに伴う筐体２２の破損を防止することができる（図６参照）。

次に、連通領域２９について説明する。連通領域２９は、各区画３２Ａ〜３２Ｃに比べて断面積が小さいため、引っ張り力Ｆ３が集中してコンクリート３１にヒビ割れが起きやすくなっている。

このとき、連通領域２９の上部連通領域２９Ａには主に引っ張り力Ｆ３がかかるのに対し、下部連通領域２９Ｂには、主に圧縮力Ｆ４がかかっている。そこで、図６に示すように、鉄筋２６が引っ張り力Ｆ３のかかる上部連通領域２９Ａを通るように配置する。

これにより、上部連通領域２９Ａのコンクリート３１の引っ張り強度が増し、大きな引っ張り力Ｆ３を受けてもヒビ割れすることが少なくなる。尚、下部連通領域２９Ｂにも引っ張り力Ｆ３がかかることがあるため、下部連通領域２９Ｂにも鉄筋２６を入れれば、ヒビ割れの防止により効果的である。尚、下部連通領域２９Ｂに入れる鉄筋２６は、上部連通領域２９Ａよりも少ない本数でよい。

尚、鉄筋２６としては、表面に凹凸のある、異形鉄筋と呼ばれるものが好適である。これにより、鉄筋２６の表面積が大きくなってコンクリート３１との付着力が増すので、コンクリート３１の引っ張り強度も増す。

また、鉄筋２６の断面形状は丸棒に限られるものではない。即ち、細長い形状であればよく、パイプ状や、角材や、平型鋼や、Ｈ型鋼等でもよい。さらには、鉄に限られるものではなく、他の金属部材であってもよい。

以上説明したように第１実施形態によれば、仕切板２４に連通孔２５を設けることにより、各区画３２Ａ〜３２Ｃのコンクリート３１が連通して一体となる。これにより、第１従来技術のように各区画３２Ａ〜３２Ｃのコンクリート３１が独立に動くということがなく、筐体２２にかかる力が小さくなって、破損が起きにくくなる。

また、コンクリート３１と箱状部材２０とは、コンクリート３１が固化する際に強固に結合される。そのため、コンクリート３１と、箱状部材２０と、これに溶接された仕切板２４及び蓋部材２１とが一体化して、全体が力Ｆを受けるので、筐体２２にかかる力が低減される。即ち、コンクリート３１が、筐体２２の強度を補強する役割を果たしており、筐体２２の厚さを薄くすることができる。

また、コンクリート３１の上部に鉄筋２６を入れているので、コンクリート３１の引っ張り強度が増し、コンクリート３１がヒビ割れしにくくなる。特に、断面積が小さくなる連通領域２９において、顕著である。しかも、たとえコンクリート３１がヒビ割れしたとしても、鉄筋２６によってヒビ割れがそれ以上広がるのを防ぐことができ、筐体２２にかかる力が低減される。

尚、上記の説明においては、鉄筋２６を連通孔２５の上縁部に溶接等によって固定するように説明したが、これに限られるものではない。例えば、鉄筋２６を連通孔２５の上部から針金等によって吊るしてもよく、連通孔２５の下部や側部から支持部材等によって支持してもよい。

しかしながら、連通領域２９の引っ張り強度を増すためには、鉄筋２６は連通孔２５のなるべく上部にあったほうがよい。しかも、上記実施形態のように連通孔２５の上縁部に溶接するのが、固定のための部品点数を増やすことなく、固定作業も容易である。

尚、コンクリート３１は上述したように後部空間３０においても連通するので、図３に二点鎖線で示すように、後部空間３０に鉄筋３６を通してもよい。これにより、さらにコンクリート３１の引っ張り強度を増すことができる。この場合は、例えば仕切板２４の切欠部２７の縁に、鉄筋３６を溶接等で固定するとよい。

尚、連通孔２５は、１つと限られるものではない。図７に、第１実施形態の他の応用例として、筐体２２の側面断面図を示す。図７においては、連通孔２５Ａ，２５Ｂが上下に並んで２箇所設けられている。このような場合においては、引っ張り力は、主に上側の連通孔２５Ａで連通するコンクリート３１にかかる。従って、鉄筋２６は、上側の連通孔２５Ａを通るように配置するのがよい。鉄筋２６は、図３に示したように、連通孔２５Ａの上縁部に溶接等で固定されてもよいが、図７に示したように連通孔２５Ａの上下方向中心部よりもやや上に、図示しない支持部材で固定されてもよい。

また、下側の連通孔２５Ｂで連通するコンクリート３１にも引っ張り力がかかることがあるので、図７に二点鎖線で示したように、連通孔２５Ｂの内部に鉄筋２６を入れてもよい。

次に、第２実施形態について説明する。筐体２２や仕切板２４の概略形状については、図２〜図４に示したものと同様である。即ち第２実施形態は、第１実施形態に示した鉄筋２６の本数や太さを最適化したものであり、以下これについて説明する。

まず、鉄筋２６が入っていない状態において、引っ張り力Ｆ１，Ｆ３によって筐体２２やコンクリート３１にヒビ割れや破損が発生しないように、筐体２２の外形や厚さ、仕切板２４の厚さや連通孔２５の大きさ等を定める。これには、例えば有限要素法（ＦＥＭ）等の解析手法を用いるとよい。

ところが、急な衝撃等によって、想定していた以上の引っ張り力Ｆ３がカウンタウエイト１７にかかることがある。その結果、上部連通領域２９Ａのコンクリート３１にヒビ割れが発生したと仮定する。ヒビ割れが発生すると、コンクリート３１の引っ張り強度は、非常に小さくなってしまう。その結果、筐体２２が引っ張り力Ｆ３を受けなくてはならなくなり、筐体２２が破損する恐れがある。

このような筐体２２の破損を防ぐために、第２実施形態においては、上部連通領域２９Ａのコンクリート３１と略同一の引っ張り強度を有する鉄筋２６を、上部連通領域２９Ａに入れる。即ち、コンクリート３１にヒビ割れが発生したとしても、鉄筋２６により、上部連通領域２９Ａにおける当初のコンクリート３１の引っ張り強度が維持される。これにより、筐体２２の破損が殆んど発生しなくなる。

以下、具体的に説明する。
コンクリート３１のヤング率と鉄筋２６のヤング率との比は、ほぼ１対１５であるから、コンクリート３１は鉄筋２６に比べると、引っ張り強度が１５分の１程度となっている。従って、上部連通領域２９Ａのコンクリート３１と同じだけの引っ張り強度を鉄筋２６に持たせるためには、上部連通領域２９Ａを通るすべての鉄筋２６の断面積の合計が、上部連通領域２９Ａのコンクリート３１の断面積のほぼ１５分の１であるようにすれば充分である。尚、鉄筋２６の断面係数が、上部連通領域２９Ａのコンクリート３１の断面係数の１５分の１よりも少しでも小さくてはいけないというものではなく、例えばコンクリート３１の断面係数の１７分の１程度でもよい。

尚、鉄筋２６の本数や太さを上記計算で求めた値よりも大きくすると、鉄筋２６の断面積が増すため、引っ張り強度が大きくなる。従って、筐体２２や仕切板２４の厚さを、いっそう減らすことも可能である。即ち、上部連通領域２９Ａを通る鉄筋２６の断面積を、上部連通領域２９Ａのコンクリート３１の断面積の１７分の１以上と定めることにより、カウンタウエイト１７の引っ張り強度を大きくすることができる。

次に、第３実施形態について説明する。
図８に、第３実施形態における筐体２２の斜視図を示す。ここでは、蓋部材２１は省略する。また図９に、筐体２２の側面断面図（図８のＣ−Ｃ視図）を示す。また図１０に、カウンタウエイト１７の背面断面図（図８のＤ−Ｄ視図）を示す。

図８〜図１０に示すように、箱状部材２０の内部には、箱状部材２０の側板３５Ａ〜３５Ｃよりも低く、蓋部材２１との間に隙間を持たせた仕切板２４が固着されている。仕切板２４の上端部には、支持部材３７を介して複数の区画３２Ａ〜３２Ｃに達する鉄筋２６が固定されている。コンクリート３１は、仕切板２４の上端部よりも高い位置まで充填され、仕切板２４の上方に連通領域２９が発生している。

このような形態の筐体２２においても、上部連通領域２９Ａには左右方向の引っ張り力が、下部連通領域２９Ｂには左右方向の圧縮力がそれぞれかかる。鉄筋２６を上部連通領域２９Ａに入れることにより、コンクリートの引っ張り強度を向上させ、コンクリート３１のヒビ割れや筐体２２の破損を防止することができる。尚、鉄筋２６は、コンクリート３１が固化する前に、蓋部材２１から吊り下げてコンクリート３１内に入れるようにしてもよい。

また、第３実施形態の他の応用例として、図１１に筐体２２の斜視図を示す。また図１２に筐体２２の側面断面図（図１１のＧ−Ｇ視図）を示す。図１１、図１２に示すように、仕切板２４の上部の前後方向略中央部には、切欠部３８が設けられている。コンクリート３１は、切欠部３８で連通するため、ここに連通領域２９が発生する。従って、切欠部３８の内側の上部連通領域２９に鉄筋２６を通すことにより、コンクリート３１の引っ張り強度を増すことができる。尚、ここでは蓋部材２１から、支持部材３７を介して鉄筋２６を吊り下げるようにしている。

尚、第１実施形態のような連通孔２５を有する仕切板２４と、第３実施形態のような背の低い仕切板２４とが混在してもよい。即ち、図１３に背面断面図で示したような筐体２２であってもよい。

但し、筐体２２の強度を上げるためには、連通孔２５は仕切板２４の略中央部にあって、仕切板２４の四方を筐体２２に溶接するのがよい。また、コンクリート３１の強度を上げるためには、連通孔２５はなるべく大きなものであるのが望ましい。従って、第１実施形態において説明したようにするのが最適である。

さらには、上記で説明したように、鉄筋２６がすべての区画３２に達するようにするのが最適であるが、少なくとも２つ以上の区画３２に達するようにしてもよい。これにより、その区画３２同士の結合が強化され、コンクリート３１のヒビ割れが起こりにくくなる。

尚、上記の説明において、カウンタウエイト１７が取付のための凹部１８を有するように説明したが、これに限られるものではない。また、平面視の形状が六角形であるように説明したが、直方体などの他の形状でもよい。

また、左右方向が長手方向となったカウンタウエイト１７を例にとったが、例えば前後方向が長手方向であるような形状に対しても応用可能である。このような場合には、筐体２２の強度を増加させるための仕切板２４を、例えば前後方向に対して垂直となるように、筐体２２の内部に固着する。また、長手方向がどちらであるかに限らず、カウンタウエイト１７にかかる力の向きを勘案して、仕切板２４の配置を決めてもよい。さらには、筐体２２を、左右方向及び前後方向の両方向に対して分割するような仕切板２４を設け、左右方向及び前後方向の両方向に鉄筋２６を入れてもよい。

さらに、筐体２２に予め固着された仕切板２４に対して鉄筋２６を固定するように説明したが、これに限られるものではない。例えば筐体２２の外部で仕切板２４と鉄筋２６とを固定したものを、筐体２２に溶接等で固着してもよい。さらには、仕切板２４と鉄筋２６とを一体に製造してもよい。

また、車両の一例として、油圧ショベル１１を例にとって行なったが、例えば他の建設機械や、フォークリフト等の作業車両においても、同様に応用が可能である。

油圧ショベルの側面図（第１実施形態）。 筐体の斜視図（第１実施形態）。 筐体の側面断面図（第１実施形態）。 カウンタウエイトの背面断面図（第１実施形態）。 カウンタウエイトの背面断面図（第１実施形態）。 カウンタウエイトの背面断面図（第１実施形態）。 筐体の側面断面図（第１実施形態）。 筐体の斜視図（第３実施形態）。 筐体の側面断面図（第３実施形態）。 カウンタウエイトの背面断面図（第３実施形態）。 筐体の斜視図（第３実施形態）。 筐体の側面断面図（第３実施形態） カウンタウエイトの背面断面図。 カウンタウエイトの断面図（従来技術）。

符号の説明

１１：油圧ショベル、１２：上部旋回体、１３：下部走行体、１４：履帯、１５：運転室、１６：作業機、１７：カウンタウエイト、１８：凹部、１９：取付部、２０：箱状部材、２１：蓋部材、２２：筐体、２３：ボルト、２４：仕切板、２５：連通孔、２６：鉄筋、２７：切欠部、２８：中立面、２９：連通領域、３０：後部空間、３１：コンクリート、３２：区画、３４：金属、３５Ａ〜３５Ｃ：側板、３５Ｄ：底板、３６：鉄筋、３７：支持部材、３８：切欠部。

Claims (4)

1. 金属製の筐体と、
   前記筐体の一部に固着されて筐体の内部空間を複数の区画に仕切る仕切板と、
   前記複数の区画のうち少なくとも２つの区画に達する金属部材と、
   筐体の内部に金属部材よりも上方まで充填されたコンクリートとを備え、
   前記仕切板のうち少なくとも１つが、仕切板を挟んだ両側の区画を連通させる連通部を有し、
   前記金属部材が前記連通部内を通っている
   ことを特徴とする車両用カウンタウエイト。
2. 請求項１記載の車両用カウンタウエイトにおいて、
   前記連通部内を通る金属部材が、前記連通部の上下方向中央部よりも上側を通っている
   ことを特徴とする車両用カウンタウエイト。
3. 請求項２記載の車両用カウンタウエイトにおいて、
   前記連通部内を通る金属部材が、前記連通部の上縁部に固定されている
   ことを特徴とする車両用カウンタウエイト。
4. 金属製の筐体と、
   前記筐体の一部に固着されて筐体の内部空間を複数の区画に仕切る仕切板と、
   前記複数の区画のうち少なくとも２つの区画に達する金属部材と、
   筐体の内部に金属部材よりも上方まで充填されたコンクリートとを備え、
   前記金属部材が、前記仕切板の上端部よりも上側を通っている
   ことを特徴とする車両用カウンタウエイト。

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