JP2011042430A

JP2011042430A - クレーンのブーム及びクレーンのブームの製造方法

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Publication number: JP2011042430A
Application number: JP2009190215A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Nakayama; 浩樹中山
Original assignee: Kobelco Cranes Co Ltd
Current assignee: Kobelco Cranes Co Ltd
Priority date: 2009-08-19
Filing date: 2009-08-19
Publication date: 2011-03-03
Anticipated expiration: 2029-08-19
Also published as: JP5609042B2

Abstract

【課題】クレーンのブームの軽量化を図りながら、先端側ブームの側壁部における座屈を抑制するとともにブームの製造コストの増大を抑制する。
【解決手段】基端側ブーム１１とその内部に挿嵌された先端側ブーム１３とを備えたクレーンのブーム１において、先端側ブーム１３は、上側に開口した下側部材２１と下側に開口した上側部材２３とを含み、下側部材２１の開口端部と上側部材２３の開口端部とが接合されており、上側部材２３は、下側部材２１よりも薄肉に形成され、先端側ブーム１３の側壁部の一部となる側壁構成部２５ａを有する基材部２５と、側壁構成部２５ａに対してその面方向に連続するように配置された状態で当該側壁構成部２５ａに接合された補強部２７とを含み、補強部２７は、基材部２５の側壁構成部２５ａよりも面外変形に対する剛性が高い板材からなる。
【選択図】図２

Description

本発明は、クレーンのブーム及びクレーンのブームの製造方法に関するものである。

従来、下記特許文献１に先端側ブームが基端側ブームに対して軸方向に移動することにより伸縮するクレーンのブームが開示されている。この特許文献１に開示されたクレーンのブームでは、先端側ブームが４枚の板体の各端部を互いに接合することにより形成された箱型構造を有している。この先端側ブームでは、吊り荷重が掛かったときに板体の接合部に応力が集中するため接合部の疲労強度が低下する。

そこで、下記特許文献２には、接合部の疲労強度を向上することが可能な先端側ブームの構造が開示されている。この特許文献２では、上側に開口した下側部材と下側に開口した上側部材の互いの開口端部同士が接合されることにより先端側ブームが形成されている。このブームでは、両部材の接合位置が吊り荷重による曲げ変形についての中立面、すなわち当該曲げ変形に伴う曲げ応力が０となる面に近いので、上記特許文献１の先端側ブームに比べて接合部への応力集中を低減することができる。このため、接合部の疲労強度を向上させることが可能となっている。

また、特許文献２による先端側ブームでは、下側部材が複数の角部を有するように曲げ加工されているとともに上側部材よりも厚肉となっている。これにより、下側部材では、吊り荷重によって作用する圧縮応力に対する座屈強度が向上されている。ただし、この特許文献２による先端側ブームでは、厚肉の下側部材の占める割合が増加して重量が大幅に増大するのを抑制するために、下側部材の上端部の位置、すなわち下側部材と上側部材との接合部の位置が曲げ変形の中立面よりも下側にあるように構成されている。このため、先端側ブームの側壁部の上記接合部と上記中立面との間の領域では、吊り荷重による圧縮応力が生じるにもかかわらず、薄肉の上側部材で構成されている。従って、この構成では、上記上側部材に座屈が生じる虞がある。

そこで、特許文献２による先端側ブームでは、上記領域での座屈を抑止するために当該領域における上側部材にプレス加工が施されて補強用の凹部が形成されている。

特開２０００−１４３１６３号公報特開２０００−１６７６３号公報

しかしながら、上記特許文献２に開示された従来のブームでは、上側部材に補強用の凹部をプレス加工するためにプレス型が別途必要となり、製造コストが増大するという問題点がある。

この発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、クレーンのブームの軽量化を図りながら、先端側ブームの側壁部における座屈を抑制するとともにブームの製造コストの増大を抑制することである。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、基端側ブームとその内部に挿嵌された先端側ブームとを備え、前記先端側ブームが前記基端側ブームに対して軸方向に移動することにより伸縮するクレーンのブームであって、前記先端側ブームは、上側に開口した下側部材と下側に開口した上側部材とを含み、当該下側部材の開口端部と当該上側部材の開口端部とが接合されており、前記上側部材は、前記下側部材よりも薄肉に形成され、前記先端側ブームの側壁部の一部となる側壁構成部を有する基材部と、前記側壁構成部に対してその面方向に連続するように配置された状態で当該側壁構成部に接合された補強部とを含み、前記補強部は、前記基材部の前記側壁構成部よりも面外変形に対する剛性が高い板材からなることを特徴とするものである。

この請求項１に記載の発明では、上側部材の基材部が下側部材よりも薄肉に形成されているので、上側部材の基材部が下側部材と同じ厚みや下側部材よりも厚肉に形成されている場合に比べて先端側ブームの軽量化を図ることができる。これにより、クレーンのブームの軽量化を図ることができる。また、この請求項１の発明では、基材部の側壁構成部よりも面外変形に対する剛性が高い板材からなる補強部が、側壁構成部に対してその面方向に連続するように配置された状態でその側壁構成部に接合されているため、軽量化のために上側部材の基材部が薄肉に形成されていても、先端側ブームの側壁部の座屈を抑制することができるとともに、補強板を先端側ブームの側壁部に重ね合わせて取り付ける場合に比べて重量の増加を抑えることができる。さらに、この請求項１の発明では、補強部が上側部材の基材部の側壁構成部に接合されることによって先端側ブームの側壁部が補強されているので、従来のように補強用の凹部をブームの側壁部に対応する領域にプレス加工する場合と異なり、凹部のプレス加工に用いるプレス型を要しない分、製造コストの増大を抑制することができる。従って、このクレーンのブームでは、軽量化を図りながら、先端側ブームの側壁部における座屈を抑制するとともにブームの製造コストの増大を抑制することができる。

請求項２に記載の発明は、基端側ブームとその内部に挿嵌された先端側ブームとを備え、前記先端側ブームが前記基端側ブームに対して軸方向に移動することにより伸縮するクレーンのブームであって、前記先端側ブームは、上側に開口した下側部材と下側に開口した上側部材とを含み、当該下側部材の開口端部と当該上側部材の開口端部とが接合されており、前記上側部材は、前記下側部材よりも薄肉に形成され、前記先端側ブームの側壁部の一部となる側壁構成部を有する基材部と、前記側壁構成部に対してその面方向に連続するように配置された状態で当該側壁構成部に接合された補強部とを含み、前記補強部は、前記基材部の前記側壁構成部よりも材料強度が高い板材からなることを特徴とするものである。

この請求項２に記載の発明では、上側部材の基材部が下側部材よりも薄肉に形成されているので、上側部材の基材部が下側部材と同じ厚みや下側部材よりも厚肉に形成されている場合に比べて先端側ブームの軽量化を図ることができる。これにより、クレーンのブームの軽量化を図ることができる。また、この請求項２の発明では、基材部の側壁構成部よりも材料強度が高い板材からなる補強部が、側壁構成部に対してその面方向に連続するように配置された状態でその側壁構成部に接合されているため、軽量化のために上側部材の基材部が薄肉に形成されていても、先端側ブームの側壁部の永久変形としての座屈を抑制することができるとともに、補強板を先端側ブームの側壁部に重ね合わせて取り付ける場合に比べて重量の増加を抑えることができる。さらに、この請求項２の発明では、補強部が上側部材の基材部の側壁構成部に接合されることによって先端側ブームの側壁部が補強されているので、従来のように補強用の凹部をブームの側壁部に対応する領域にプレス加工する場合と異なり、凹部のプレス加工に用いるプレス型を要しない分、製造コストの増大を抑制することができる。従って、このクレーンのブームでは、軽量化を図りながら、先端側ブームの側壁部における座屈を抑制するとともにブームの製造コストの増大を抑制することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のクレーンのブームにおいて、前記補強部を構成する板材は、前記基材部の前記側壁構成部よりも板厚が大きいことを特徴とするものである。

この請求項３に記載の発明によれば、補強部が基材部の側壁構成部よりも面外変形に対する剛性が高い構造を容易に構成することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１に記載のクレーンのブームにおいて、前記補強部を構成する板材は、前記基材部の前記側壁構成部よりも材料強度が高いことを特徴とするものである。

この請求項４に記載の発明によれば、先端側ブームの側壁部における座屈をより有効に抑制することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載のクレーンのブームにおいて、前記下側部材の開口端部と前記上側部材の開口端部とは、前記先端側ブームの吊り荷重による曲げ変形についての中立面よりも下側で接合されており、前記補強部は、前記中立面よりも下側に位置する部分を有することを特徴とするものである。

この請求項５に記載の発明では、下側部材の開口端部と上側部材の開口端部とが先端側ブームの吊り荷重による曲げ変形についての中立面よりも下側で接合されているので、先端側ブームにおいて薄肉に形成された領域の占める割合を大きくすることができる。これにより、ブームの一層の軽量化を図ることができる。なお、この構成では、薄肉に形成された上側部材の開口端部が下側部材の開口端部と前記曲げ変形についての中立面よりも下側で接合されていることに起因して先端側ブームにかかる曲げ荷重による側壁部の座屈が生じやすくなるが、前記補強部が設けられることにより先端側ブームの側壁部が補強され、そのような曲げ荷重による先端側ブームの側壁部の座屈を抑制することができる。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載のクレーンのブームにおいて、前記補強部は、前記先端側ブームの長さ方向の中心位置から基端部までの範囲内にのみ設けられていることを特徴とするものである。

この請求項６に記載の発明によれば、ブームに吊り荷重がかかったときに大きな曲げ荷重、上下方向の圧縮荷重及び上下方向のせん断荷重がかかる先端側ブームの長さ方向の中心位置から基端部までの範囲の側壁部を補強部で補強することができる。このため、ブームに吊り荷重がかかったときに座屈を生じやすいこの範囲の側壁部の補強を重点的に行うことができる。また、座屈の虞が少ない上記範囲以外の領域には、補強部を設けないことによって補強部の拡大に起因する重量の増大を抑制することができる。

請求項７に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載のクレーンのブームにおいて、前記補強部は、前記先端側ブームの長さ方向の全長に亘って設けられていることを特徴とするものである。

この請求項７に記載の発明によれば、補強部と基材部の側壁構成部との全ての接合部を先端側ブームの長さ方向に沿って直線的に設けることができるので、補強部と側壁構成部との接合作業が容易となる。

請求項８に記載の発明は、請求項１〜７のいずれか１項に記載のクレーンのブームの製造方法であって、上側に開口する前記下側部材を形成する下側部材形成工程と、下側に開口する前記上側部材を形成する上側部材形成工程と、前記下側部材の開口端部と前記上側部材の開口端部とを接合する上下部材接合工程とを備え、前記上側部材形成工程は、前記上側部材の前記基材部を形成するための部材のうち前記側壁構成部に対応する部分に対してその面方向に連続するように前記補強部を配置し、その状態で前記側壁構成部に対応する部分の端部と前記補強部の端部とを溶接する補強部溶接工程を含むことを特徴とするものである。

この請求項８に記載の発明では、上側部材の基材部を形成するための部材のうち側壁構成部に対応する部分に補強部を溶接することによって先端側ブームの側壁部を補強するので、従来のように補強用の凹部をブームの側壁部に対応する領域にプレス加工する場合と異なり、凹部のプレス加工に用いるプレス型を要しない分、製造コストの増大を抑制することができる。また、この請求項７の発明では、補強部溶接工程において補強部を前記側壁構成部に対応する部分に溶接するが、補強部が面外変形に対する剛性と材料強度とのうち少なくとも一方が高い板材からなることに起因して、溶接の際に生じる補強部の熱歪みが小さくなる。これにより、補強部の熱歪みに起因して上側部材の開口端部に大きな変形が生じるのを防ぐことができる。その結果、上側部材の開口端部と下側部材の開口端部との接合を容易に行うことができる。

請求項９に記載の発明は、請求項８に記載のクレーンのブームの製造方法において、前記上側部材形成工程は、板体を変形させることにより、下側に開口する形状の前記基材部を形成する基材部形成工程と、その基材部形成工程に先立って前記板体において前記側壁構成部に対応する部分のうち所定の領域を切除する切除工程とを含み、前記補強部溶接工程では、前記側壁構成部に対応する部分のうち前記切除工程によって切除された領域に前記補強部を当て嵌めて溶接することを特徴とするものである。

この請求項９に記載の発明では、切除工程において板体のうち側壁構成部に対応する部分の所定の領域を切除し、補強部溶接工程において切除工程で切除した領域に補強部を当て嵌めて溶接するので、先端側ブームの側壁部のうち座屈が生じやすい所定の領域のみを補強部に置き換えて適切な補強を行うことができる。そして、この請求項９の発明では、板体を変形させることにより下側に開口する形状の基材部を形成する基材部形成工程に先立って前記切除工程を行うので、板体を変形させて基材部を形成した後に側壁構成部の所定の領域を切除する場合に比べて、前記所定の領域の切除を容易に行うことができる。

以上説明したように、本発明によれば、クレーンのブームの軽量化を図りながら、先端側ブームの側壁部における座屈を抑制するとともにブームの製造コストの増大を抑制することができる。

本発明の一実施形態によるブームが適用されるクレーンを示した図である。本発明の一実施形態によるクレーンのブームの軸方向に垂直な方向の断面図である。本発明の一実施形態によるクレーンのブームを構成する先端側ブームの側面図である。図３に示した先端側ブームのＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。本発明の一実施形態による先端側ブームの製造プロセスを説明するための図である。本発明の一実施形態による先端側ブームの製造プロセスを説明するための図である。本発明の一実施形態の第１変形例による先端側ブームの側面図である。本発明の一実施形態の第２変形例による先端側ブームの側面図である。本発明の一実施形態の第３変形例による先端側ブームの側面図である。本発明の一実施形態の第４変形例による先端側ブームの構成を説明するための側面図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。

まず、図１〜図４を参照して、本発明の一実施形態によるクレーンのブーム１の構成について説明する。

本実施形態によるクレーンのブーム１は、図１に示すように、クレーン本体１００に起伏自在に取り付けられるものである。そして、このブーム１は、筒状の基端側ブーム１１とその内部に挿嵌された同じく筒状の先端側ブーム１３とを備えており、先端側ブーム１３が基端側ブーム１１に対してその軸方向に移動することにより伸縮するように構成されている。

先端側ブーム１３の軸方向に垂直な断面と基端側ブーム１１の軸方向に垂直な断面とは、図２に示すように互いに相似形である。これらの断面は、共に円弧状の下部領域と丸みを帯びた角部を有する略コの字状の上部領域とが互いの開口端部側で繋がった形状となっている。基端側ブーム１１の先端部の上部領域の一方の角部の内面には、スライディングパッド１５ａが設けられており、基端側ブーム１１の先端部の上部領域の他方の角部の内面には、スライディングパッド１５ｂが設けられている。また、基端側ブーム１１の先端部の下部領域の内面には、スライディングパッド１５ｃが設けられている。また、先端側ブーム１３のうち基端側ブーム１１内に挿嵌された基端部の上部領域の外面と下部領域の外面とには、それぞれ図略のスライディングパッドが設けられている。そして、基端側ブーム１１の先端部に設けられた前記スライディングパッド１５ａ〜１５ｃが先端側ブーム１３の外面に摺接するとともに、先端側ブーム１３の基端部に設けられた前記図略のスライディングパッドが基端側ブーム１１の内面に摺接しながら、先端側ブーム１３が基端側ブーム１１に対して軸方向に移動するようになっている。

先端側ブーム１３は、本体部１３ａと、サイドプレート１３ｂ，１３ｃとを含んでいる。

本体部１３ａは、上側に開口した下側部材２１と、下側に開口した上側部材２３とを有する。この下側部材２１の開口端部と上側部材２３の開口端部とが互いに溶接されることによって筒状の本体部１３ａが構成されている。一方のサイドプレート１３ｂは、本体部１３ａの先端部の外周に取り付けられており、もう一方のサイドプレート１３ｃは、本体部１３ａの基端部の外周に取り付けられている。この基端部側のサイドプレート１３ｃの外面に前記図略のスライディングパッドが設けられている。

そして、図２の例においては、下側部材２１と上側部材２３との接合部２４は、先端側ブーム１３の側壁部に配設されており、この接合部２４は、先端側ブーム１３の吊り荷重による曲げ変形についての中立面（中立軸）、すなわち、吊り荷重により圧縮応力が作用する領域と引張応力が作用する領域との境界面であって当該曲げ変形に伴う曲げ応力が０となる面よりも下側に位置している。

下側部材２１は、軸方向に垂直な断面が例えばＵ字状となるように形成されており、曲げ荷重に対する軸方向についての座屈強度が向上されている。これにより、先端側ブーム１３に吊り荷重が掛かったときに作用する圧縮応力（図２参照）によって下側部材２１に座屈が生じるのが抑制されている。

上側部材２３は、軸方向に垂直な断面が略コの字状となるように形成されており、その上端に位置する両角部が丸みを帯びた形状となっている。この上側部材２３は、基材部２５と補強部２７とを有している。

基材部２５は、上側部材２３の大部分を占めており、下側部材２１よりも薄肉に形成されている。この基材部２５は、軸方向に垂直な断面が例えばＵ字状となるように形成されており、先端側ブーム１３の側壁部の一部となる側壁構成部２５ａを有する。そして、先端側ブーム１３では、基材部２５が薄肉に形成されていることに起因して、ブーム１に吊り荷重が掛かったときに先端側ブーム１３の側壁部に座屈が生じる虞がある。

具体的には、ブーム１に吊り荷重が掛かると、先端側ブーム１３には、軸方向における曲げ荷重、軸方向に垂直な上下方向の圧縮荷重及び軸方向に垂直な上下方向のせん断荷重が掛かる。詳細には、前記曲げ荷重は、先端側ブーム１３の基端側が基端側ブーム１１によって支持されている状態で先端側ブーム１３の先端側に吊り荷重による下方向への力が掛かることによって生じるものである。当該曲げ荷重が先端側ブーム１３に生じると、先端側ブーム１３の吊り荷重による曲げ変形についての中立面よりも下側に位置する部分には先端側ブーム１３の軸方向における圧縮荷重が掛かることになる。また、前記上下方向の圧縮荷重は、先端側ブーム１３に吊り荷重が掛かることに応じて、基端側ブーム１１の先端部の下部領域の内面に設けられたスライディングパッド１５ｃから上方への反力が先端側ブーム１３の下部領域に掛かることによって生じるものである。また、前記上下方向のせん断荷重は、先端側ブーム１３に吊り荷重が掛かることに応じて、基端側ブーム１１の先端部の下部領域の内面に設けられたスライディングパッド１５ｃから先端側ブーム１３の下部領域に上方への反力が掛かる一方、先端側ブーム１３の基端部の上部領域の外面に設けられた図略のスライディングパッドに対してそのスライディングパッドに当接する基端側ブーム１１の上部領域内面から下方向への反力が掛かることによって生じるものである。そして、このような各荷重が先端側ブーム１３に掛かると、先端側ブーム１３の側壁部は、座屈を生じる虞がある。

そこで、本実施形態では、上側部材２３のうち先端側ブーム１３の両側壁部に対応する領域が補強部２７によって補強されている。具体的には、図３及び図４に示すように、基材部２５の両側壁構成部２５ａのうち先端側ブーム１３の長さ方向の中心位置から基端部までの範囲内の所定の領域がそれぞれ切除されるとともに、この切除された各領域に補強部２７がそれぞれ当て嵌められて溶接されている。すなわち、上側部材２３の大半の領域は基材部２５によって構成されており、当該上側部材２３の基材部２５のうち先端側ブーム１３の側壁部に対応する側壁構成部２５ａの一部のみが補強部２７に置き換えられている。そして、補強部２７は、側壁構成部２５ａに対してその面方向に連続するように配置された状態で側壁構成部２５ａに接合されている。

補強部２７は、基材部２５と同じ素材で基材部２５よりも大きい板厚の板材を用いて形成されている。これにより、補強部２７は、基材部２５の側壁構成部２５ａよりも面外変形（先端側ブーム１３の側壁部の内外方向へ膨出するような変形）に対する剛性が高くなっている。このため、補強部２７は、前記曲げ荷重、前記上下方向への圧縮荷重及び前記上下方向へのせん断荷重に対する剛性が側壁構成部２５ａよりも高くなっており、そのような各荷重が掛かった場合でも座屈を生じにくくなっている。そして、補強部２７は、上側部材２３の開口端部から上側へ所定の幅で、かつ、先端側ブーム１３の基端部から先端側へ向かって所定の長さの領域に設けられている。具体的には、補強部２７は、その下端の位置が上側部材２３の開口端部の位置と揃っている。これにより、補強部２７は、先端側ブーム１３の吊り荷重による曲げ変形についての中立面よりも下側に位置する部分を有する。そして、補強部２７は、その幅方向において、上側部材２３の開口端部から上側の角部よりも下側の位置までの間に設けられている。また、補強部２７は、上記したように基材部２５の側壁構成部２５ａの切除された領域に当て嵌められることによって、先端側ブーム１３の長さ方向の中心位置から基端部までの範囲内にのみ設けられている。

詳細には、補強部２７は、先端側ブーム１３の基端部から先端部側へ先端側ブーム１３の全長の約３０％分の長さに亘る領域に設けられている。この領域では、吊り荷重により大きな曲げ荷重、上下方向の圧縮荷重及び上下方向のせん断荷重が作用するので、座屈が発生しやすい。このため、この領域に補強部２７が設けられ、それによって当該領域の座屈が抑制されている。また、補強部２７の長さが大きくなるに従って、補強部２７と側壁構成部２５ａとの溶接部の長さが増大して溶接時に発生する熱歪みが増大するといった問題や、先端側ブーム１３の重量が増大するといった問題が生じるため、それも考慮して補強部２７の長さが上記のように設定されている。

また、補強部２７の先端側の端部と側壁構成部２５ａの切除された領域の対応する端部との接合部２８は、傾斜した直線状に形成されている。これにより、この接合部２８近傍の領域において断面強度が先端側ブーム１３の長さ方向に沿って連続的に徐々に変化する構成となるので、接合部２８における応力集中を緩和することができる。

図５及び図６は、本実施形態による先端側ブーム１３の製造プロセスを説明するための図である。次に、これらの図を参照して、本実施形態によるクレーンのブーム１の製造方法において先端側ブーム１３を製造する際のプロセスについて説明する。

まず、前記上側部材２３を形成する上側部材形成工程を行う。この上側部材形成工程では、図５に示すように、平板状の金属板からなる基材３５を準備する。この基材３５は、先端側ブーム１３の全長に対応した長さを有する長方形状のものであり、上側部材２３の基材部２５を形成するための部材である。そして、基材３５において前記側壁構成部２５ａに対応する部分のうち所定の領域を切除する切除工程を行う。具体的には、基材３５の幅方向の両端部からそれぞれ内側へ所定の幅で、かつ、基材３５の長さ方向の一方端部から他方端部へ基材３５の全長の約３０％分の長さを有する領域３５ａ，３５ａを切除する。この切除する領域３５ａ，３５ａの前記他方端部側の端縁は傾斜した直線状にカットする。

次に、基材３５のうち側壁構成部２５ａに対応する部分と補強材３７とを溶接する補強部溶接工程を行う。なお、補強材３７は、基材３５と同じ素材で基材３５よりも大きい板厚を有する板材からなり、上記上側部材２３の補強部２７を構成するものである。この補強部溶接工程では、基材３５のうち側壁構成部２５ａに対応する部分に対してその面方向に連続するように補強材３７を配置し、その状態で基材３５のうち側壁構成部２５ａに対応する部分の端部と補強材３７の端部とを溶接する。具体的には、図６に示すように、基材３５の切除した領域３５ａ，３５ａにその領域３５ａ，３５ａと同形の補強材３７をそれぞれ当て嵌め、基材３５の切除した領域３５ａに対応する端部と補強材３７の端部とを突き合わせた状態で溶接を行う。これにより、基材３５と補強材３７とが一体となった板体４０が形成される。この板体４０は、基材３５の元の長方形状の外形と同様の外形を有している。すなわち、基材３５の上記領域３５ａ，３５ａが補強材３７でそれぞれ置き換えられた構成となっている。そして、補強材３７の溶接により板体４０に多少の熱歪みが生じていた場合には、その歪んでいる部分は機械的手段によって平板状に直す。

この後、板体４０を変形させることにより上側部材２３を形成する変形工程を行う。具体的には、この変形工程では、板体４０をその幅方向の両端部がそれぞれ上側部材２３の開口端部となるように曲げ加工する。この変形工程に伴って、下側に開口する形状の基材部２５が形成される（基材部形成工程）。なお、この変形工程では、板体４０をプレス加工により変形させて上側部材２３を形成してもよい。

そして、上側部材形成工程とは別に、前記下側部材２１を形成する下側部材形成工程を行う。この下側部材形成工程では、平板状の板体を断面Ｕ字状となるように曲げ加工することにより下側部材２１を形成する。この際、上側部材２３に用いる基材３５よりも板厚の大きい板体を用いて下側部材２１を形成する。なお、この下側部材形成工程では、板体をプレス加工することにより下側部材２１を形成してもよい。

次に、下側部材２１の開口端部と上側部材２３の開口端部とを接合する上下部材接合工程を行う。この上下部材接合工程では、下側部材２１の開口端部と上側部材２３の開口端部とを互いに突き合わせた状態でそれらの開口端部同士を溶接する。これにより、筒状の本体部１３ａが形成される。そして、最後に、本体部１３ａの軸方向の一端部にサイドプレート１３ｂを取り付けるとともに、本体部１３ａの軸方向の他端部にサイドプレート１３ｃを取り付ける。このようにして、本実施形態による先端側ブーム１３が作製される。

以上説明したように、本実施形態によるクレーンのブーム１では、上側部材２３の基材部２５が下側部材２１よりも薄肉に形成されているので、上側部材２３の基材部２５が下側部材２１と同じ厚みや下側部材２１よりも厚肉に形成されている場合に比べて、先端側ブーム１３の軽量化を図ることができる。これにより、クレーンのブーム１の軽量化を図ることができる。

また、本実施形態では、基材部２５の側壁構成部２５ａよりも面外変形に対する剛性が高い板材からなる補強部２７が、側壁構成部２５ａに対してその面方向に連続するように配置され、その側壁構成部２５ａの切除された領域に当て嵌められた状態で溶接されているので、軽量化のために上側部材２３の基材部２５が薄肉に形成されていても、先端側ブーム１３の側壁部の座屈を抑制することができるとともに、補強板を先端側ブームの側壁部に重ね合わせて取り付ける場合に比べて重量の増加を抑えることができる。これにより、先端側ブーム１３の重量増加を抑制しながら、先端側ブーム１３に吊り荷重が掛かったときの当該先端側ブーム１３の側壁部の座屈を抑制することができる。

さらに、本実施形態では、補強部２７が上側部材２３の基材部２５の側壁構成部２５ａに接合されることによって先端側ブーム１３の側壁部が補強されているので、従来のように補強用の凹部をブームの側壁部に対応する領域にプレス加工する場合と異なり、凹部のプレス加工に用いるプレス型を要しない分、製造コストの増大を抑制することができる。従って、本実施形態によるクレーンのブーム１では、軽量化を図りながら、先端側ブーム１３の側壁部における座屈を抑制するとともにブーム１の製造コストの増大を抑制することができる。

また、本実施形態では、下側部材２１の開口端部と上側部材２３の開口端部とが先端側ブーム１３の吊り荷重による曲げ変形についての中立面よりも下側で接合されているので、先端側ブーム１３において薄肉に形成された領域の占める割合を大きくすることができる。これにより、先端側ブーム１３の一層の軽量化を図ることができる。なお、本実施形態では、薄肉に形成された上側部材２３の開口端部と下側部材２１の開口端部とが、先端側ブーム１３の吊り荷重による曲げ変形についての中立面よりも下側で接合されていることに起因して先端側ブーム１３にかかる曲げ荷重による側壁部の座屈が生じやすくなるが、補強部２７が設けられることにより先端側ブーム１３の側壁部が補強され、そのような曲げ荷重による先端側ブーム１３の側壁部の座屈を抑制することができる。

また、本実施形態によるクレーンのブーム１では、補強部２７が先端側ブーム１３の基端部から先端部側へ先端側ブーム１３の全長の約３０％の長さに亘る範囲に設けられているので、吊り荷重により大きな曲げ応力が発生するこの範囲を補強部２７で補強することができる。このため、座屈を生じやすいこの範囲の補強を重点的に行うことができる。また、座屈の虞が少ない上記範囲以外の領域には、補強部２７を設けないことによって補強部２７の拡大に起因する重量の増大を抑制することができる。

また、本実施形態によるクレーンのブーム１の製造方法では、補強部溶接工程において補強材３７を基材３５の側壁構成部２５ａに対応する部分に溶接するが、補強材３７が面外変形に対する剛性が高い板材からなることに起因して、溶接の際に生じる補強材３７の熱歪みが小さくなる。これにより、基材３５に補強材３７を溶接して形成した板体４０からなる上側部材２３では、開口端部に大きな変形が生じるのを防ぐことができる。その結果、上側部材２３の開口端部と下側部材２１の開口端部との溶接を容易に行うことができる。

また、先端側ブーム１３の側壁部を補強する上記以外の方法としては、先端側ブーム１３の側壁部に対して薄板の補強板を重ね合わせてその周縁部を溶接する方法が一般的に考えられる。しかしながら、この方法では、補強板が薄板であることに起因して溶接時に補強板に生じる熱歪みが非常に大きくなる。このため、補強板の板厚を剛性を満足する板厚以上に大きくする必要があり、これに起因して先端側ブーム１３の重量が著しく増大するという不都合が生じる。

これに対して、本実施形態によるクレーンのブーム１の製造方法では、補強材３７の板厚が大きくてその剛性が高いので、上記の先端側ブームの側壁部に薄板を重ね合わせて溶接するものに比べて溶接時における補強材３７自体の熱歪みを小さくすることができる。これにより、補強部２７の板厚の著しい増加を伴うことなく上側部材２３を製造することができる。その結果、先端側ブーム１３の重量が著しく増加するのを抑制することができる。

また、本実施形態によるクレーンのブーム１の製造方法では、板体４０を変形させることにより上側部材２３を形成する変形工程に先立って、基材３５から補強材３７を当て嵌める領域３５ａを切除する切除工程を行うので、基材３５を曲げ加工した後に側壁構成部２５ａの一部の領域を切除する場合に比べて、基材３５の上記領域３５ａの切除を容易に行うことができる。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれる。

例えば、上記実施形態では、補強部２７を先端側ブーム１３の基端部から先端部側へ先端側ブーム１３の全長の約３０％の長さに亘る範囲に設けたが、これ以外の範囲に補強部を設けてもよい。具体的には、補強部を先端側ブーム１３の長さ方向の中心から基端側ブーム１１側の端部までの範囲内で任意の領域に設けてもよい。また、補強部を先端側ブーム１３の全長に亘って設けてもよい。このように、補強部を先端側ブーム１３の全長に亘って設ける場合には、補強部と基材部との全ての接合部を先端側ブーム１３の長さ方向に沿って直線的に設けることができるので、溶接作業が容易となる。また、補強部２７を先端側ブーム１３の全長に亘って設ける場合には、図７の第１変形例に示すように、補強部２７と基材部２５の側壁構成部２５ａとの接合部２８が先端側ブーム１３の基端側から先端側へ向かうにつれて連続的に下側に向かう傾斜状に形成されていてもよい。また、図８の第２変形例に示すように、接合部２８が先端側ブーム１３の基端側から先端側へ向かう途中まで先端側ブーム１３の軸方向に延び、その後、先端側へ向かうにつれて連続的に下側に向かう斜線状になっていてもよい。

また、上記実施形態のように補強部２７が先端側ブーム１３の長さ方向の中心から基端側の端部までの範囲内の所定の領域に設けられている構成において、図９に示す第３変形例のように補強部２７と基材部２５の側壁構成部２５ａとの接合部２８が先端側ブーム１３の基端側から先端側へ向かうにつれて連続的に下側へ向かう斜線状に形成されていてもよい。

また、図１０に示す第４変形例のように、先端側ブーム１３の基端部から所定の長さの範囲には、補強部２７を設けなくてもよい。この範囲は、先端側ブーム１３が基端側ブーム１１から最も突出した状態で基端側ブーム１１内に差し込まれている範囲である。すなわち、この範囲は、基端側ブーム１１内から外へ出ることがないので、吊り荷重によってこの範囲に作用する曲げ応力は極端に低くなる。このため、この範囲では補強の必要性があまりないので、補強部２７を設けなくてもよい。なお、この場合、上側部材２３の基材部２５の側壁構成部２５ａのうち切除する領域を補強部２７に対応して長さ方向に短くする。この第４変形例の構成によれば、先端側ブーム１３の側壁部の補強が必要な領域を補強部２７で補強する一方、補強の必要がない領域には補強部２７を設けないので、先端側ブーム１３の側壁部の座屈を抑制しながら補強部２７による重量増加を抑制することができる。

また、上記実施形態では、補強部２７に基材部２５の側壁構成部２５ａよりも板厚の大きい板材を用いたが、これに限らず、補強部２７を基材部２５の側壁構成部２５ａよりも材料強度が高い板材によって形成してもよい。具体的な一例としては、基材部２５を軟鋼で形成し、補強部２７を高張力鋼で形成すること等が挙げられる。補強部２７を材料強度が高い板材によって形成することにより、先端側ブーム１３の側壁部の永久変形としての座屈を抑制することができる。そして、この場合でも、上記実施形態と同様に、ブーム１の軽量化を図ることができるとともにブーム１の製造コストの増大を抑制することができる。なお、補強部２７は、側壁構成部２５ａと板厚が等しく、かつ、側壁構成部２５ａよりも材料強度が高い板材からなっていてもよい。また、補強部２７は、側壁構成部２５ａよりも板厚が大きく、かつ、側壁構成部２５ａよりも材料強度が高い板材からなっていてもよい。

また、補強部２７は、先端側ブーム１３の軸方向における曲げ荷重、前記上下方向の圧縮荷重、前記上下方向のせん断荷重のうち少なくとも１つの荷重による面外変形に対する剛性が側壁構成部２５ａよりも高ければよい。また、補強部２７は、先端側ブーム１３の軸方向における曲げ荷重、前記上下方向の圧縮荷重、前記上下方向のせん断荷重のうち少なくとも１つの荷重に対する強度が側壁構成部２５ａよりも高ければよい。

また、上記実施形態では、平板状の基材３５の一部の領域３５ａを切除し、その切除した領域３５ａに補強材３７を溶接してから基材３５と補強材３７が一体となった板体４０を曲げ加工することによって上側部材２３を形成したが、これに限らず、一部の領域３５ａを切除した基材３５を曲げ加工した後、その基材３５の切除した領域３５ａに補強材３７を溶接してもよい。また、先に基材３５を曲げ加工した後で上記領域３５ａを切除してもよい。

また、先端側ブーム１３及び基端側ブーム１１の断面形状は、上記実施形態による形状に限らない。例えば、下側部材２１は、断面Ｕ字状ではなく、複数の角部を持つ断面となるように曲げ加工された形状であってもよい。

また、下側部材２１の開口端部と上側部材２３の開口端部との接合部２８と、先端側ブーム１３の吊り荷重による曲げ変形についての中立面との上下関係は、図２で示した関係に限定されない。すなわち、下側部材２１の開口端部と上側部材２３の開口端部とは、先端側ブーム１３の吊り荷重による曲げ変形についての中立面よりも上側もしくは前記中立面に一致する位置で接合されていてもよい。

また、先端側ブーム１３の軸方向に垂直な断面と基端側ブーム１１の軸方向に垂直な断面とは、相似形でなくてもよい。また、これらの断面の下部領域は、円弧状に限らず、楕円状やその他の形状であってもよい。

１ブーム
１１基端側ブーム
１３先端側ブーム
２１下側部材
２３上側部材
２５基材部
２５ａ側壁構成部
２７補強部
３５基材

Claims

基端側ブームとその内部に挿嵌された先端側ブームとを備え、前記先端側ブームが前記基端側ブームに対して軸方向に移動することにより伸縮するクレーンのブームであって、
前記先端側ブームは、上側に開口した下側部材と下側に開口した上側部材とを含み、当該下側部材の開口端部と当該上側部材の開口端部とが接合されており、
前記上側部材は、前記下側部材よりも薄肉に形成され、前記先端側ブームの側壁部の一部となる側壁構成部を有する基材部と、前記側壁構成部に対してその面方向に連続するように配置された状態で当該側壁構成部に接合された補強部とを含み、
前記補強部は、前記基材部の前記側壁構成部よりも面外変形に対する剛性が高い板材からなることを特徴とする、クレーンのブーム。
基端側ブームとその内部に挿嵌された先端側ブームとを備え、前記先端側ブームが前記基端側ブームに対して軸方向に移動することにより伸縮するクレーンのブームであって、
前記先端側ブームは、上側に開口した下側部材と下側に開口した上側部材とを含み、当該下側部材の開口端部と当該上側部材の開口端部とが接合されており、
前記上側部材は、前記下側部材よりも薄肉に形成され、前記先端側ブームの側壁部の一部となる側壁構成部を有する基材部と、前記側壁構成部に対してその面方向に連続するように配置された状態で当該側壁構成部に接合された補強部とを含み、
前記補強部は、前記基材部の前記側壁構成部よりも材料強度が高い板材からなることを特徴とする、クレーンのブーム。
前記補強部を構成する板材は、前記基材部の前記側壁構成部よりも板厚が大きいことを特徴とする、請求項１又は２に記載のクレーンのブーム。
前記補強部を構成する板材は、前記基材部の前記側壁構成部よりも材料強度が高いことを特徴とする、請求項１に記載のクレーンのブーム。
前記下側部材の開口端部と前記上側部材の開口端部とは、前記先端側ブームの吊り荷重による曲げ変形についての中立面よりも下側で接合されており、
前記補強部は、前記中立面よりも下側に位置する部分を有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のクレーンのブーム。
前記補強部は、前記先端側ブームの長さ方向の中心位置から基端部までの範囲内にのみ設けられていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のクレーンのブーム。
前記補強部は、前記先端側ブームの長さ方向の全長に亘って設けられていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のクレーンのブーム。
請求項１〜７のいずれか１項に記載のクレーンのブームの製造方法であって、
上側に開口する前記下側部材を形成する下側部材形成工程と、
下側に開口する前記上側部材を形成する上側部材形成工程と、
前記下側部材の開口端部と前記上側部材の開口端部とを接合する上下部材接合工程とを備え、
前記上側部材形成工程は、前記上側部材の前記基材部を形成するための部材のうち前記側壁構成部に対応する部分に対してその面方向に連続するように前記補強部を配置し、その状態で前記側壁構成部に対応する部分の端部と前記補強部の端部とを溶接する補強部溶接工程を含むことを特徴とする、クレーンのブームの製造方法。
前記上側部材形成工程は、板体を変形させることにより、下側に開口する形状の基材部を形成する基材部形成工程と、その基材部形成工程に先立って前記板体において前記側壁構成部に対応する部分のうち所定の領域を切除する切除工程とを含み、
前記補強部溶接工程では、前記側壁構成部に対応する部分のうち前記切除工程によって切除された領域に前記補強部を当て嵌めて溶接することを特徴とする、請求項８に記載のクレーンのブームの製造方法。