JP2011093355A - 作業機用キャブ、及び、これを含む作業機 - Google Patents

Abstract

【課題】運転者の視界を妨げることなく、且つ、コストや重量の増加、構造の複雑化等を抑制しつつ、作業機の転倒時にキャブ内の運転者の生存空間を確保する。
【解決手段】キャブの各リヤピラー１４，１５の上端近傍に薄肉部１７が設けられている。薄肉部１７はＤＬＶ（Ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ Ｌｉｍｉｔｉｎｇ Ｖｏｌｕｍｅ：たわみ限界領域）５０の運転者の肩レベル５２Ｈよりも上方に設けられている。薄肉部１７は、リヤピラー１４，１５の他の部分（上部１４ｘ，１５ｘ及び下部１４ｙ，１５ｙ）よりも、剛性が低く、低い荷重で塑性化するよう構成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、ショベル、クレーン等の作業機用のキャブ、及び、これを含む作業機に関する。

ショベル、クレーン等の作業機の転倒時に、キャブ内の運転者の生存空間を確保するための様々な技術が知られている。例えば、特許文献１には、キャブとキャブを支持するフレームとの間に側部支持手段を設け、当該側部支持手段によってキャブからフレームに伝達される荷重を吸収するという技術が記載されている。

特表２００７−５１０５９０号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術によると、側部支持手段を追加的に設ける必要があることから、コストの増加、重量の増加、構造の複雑化等が免れず、また、側部支持手段により運転者の視界が妨げられるという問題も生じ得る。

本発明の目的は、運転者の視界を妨げることなく、且つ、コストや重量の増加、構造の複雑化等を抑制しつつ、作業機の転倒時にキャブ内の運転者の生存空間を確保することが可能な作業機用キャブ、及び、これを含む作業機を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明の第１観点によると、複数のピラー及び前記ピラーを互いに連結するビームを有し、前記ピラー及び前記ビームにより形成される空間内に作業機の運転者を収容するフレームと、前記フレームにおける前記複数のピラーのうち、前記作業機の後方に位置するリヤピラーにおける、たわみ限界領域の前記運転者の肩よりも上方に設けられた、当該リヤピラーの他の部分よりも剛性が低い低剛性部とを備えたことを特徴とする作業機用キャブが提供される。

上記第１観点によれば、作業機の転倒によりフレームに荷重が作用した場合に、低剛性部において、変形を促進させることで、効率よくエネルギーを吸収することができる。しかも、リヤピラーにおけるたわみ限界領域の運転者の肩よりも上方に低剛性部が設けられているため、低剛性部において変形を促進させても、キャブ内の運転者の生存空間を確実に確保することができる。さらに、上記第１観点によれば、補強用に別部材を追加的に設けるのではなく、リヤピラーの一部に低剛性部を設けるのみであるため、運転者の視界を妨げることがなく、且つ、コストや重量の増加、構造の複雑化等が抑制される。

前記リヤピラーが、その長手方向に沿った筒を形成する側壁を有し、前記低剛性部は、前記他の部分よりも、前記側壁の厚みが小さくてよい。この場合、リヤピラーの側壁の厚みを変更することによって、低剛性部を容易に形成することができる。

前記低剛性部が、前記他の部分よりも低い荷重で塑性化してよい。この場合、低剛性部の塑性変形によって、エネルギーの吸収をより一層促進することができ、作業機の転倒時における運転者の安全をより確実に確保することができる。

前記フレームの一側方に、前記作業機に係るアタッチメントが配置されており、前記低剛性部が、複数の前記リヤピラーのうち、少なくとも、前記アタッチメントから側方向に最も離隔したリヤピラーに設けられてよい。アタッチメントがフレームの一側方に配置されている場合に、フレームに対してアタッチメントとは反対の方向に作業機が横転すると、フレームがアタッチメントの下側になる。このとき、フレームはアタッチメントと地面とに挟まれ、アタッチメントをはじめとする作業機全体の重量（の何割か）を受けつつ地面に衝突し得るため、安全性の確保が特に肝要である。そこで、当該方向に作業機が横転したときに最も下方に位置するリヤピラー（アタッチメントから側方向に最も離隔したリヤピラー）に低剛性部を設けることで、このような横転時にも、効率よくエネルギーを吸収し、運転者の安全を確保することができる。

前記低剛性部が、前記リヤピラーの長手方向に沿った筒を形成するよう周方向に沿って互いに連結された複数の板を含み、前記複数の板のうち、前記作業機の側方に面する板が、他の板よりも小さい厚みを有してよい。作業機が横転した場合、作業機の側方に面する板に、特に大きなせん断力が生じ得る。そこで、当該板を比較的小さい厚みにして低剛性化することで、当該板における変形を促進し、効率よくエネルギーを吸収することができる。

前記作業機の側方に面する複数の板のうち、前記作業機の左右方向に関して前記フレームの外側に位置する板が、最も小さい厚みを有してよい。作業機が横転した場合、作業機の側方に面する板の中でも、フレームの外側に位置する板に、特に大きなせん断力が生じ得る。そこで、当該板の厚みを最も小さくすることで、より一層効率よくエネルギーを吸収することができる。

本発明の第２観点によると、上記第１観点に係る作業機用キャブと、前記キャブを支持し、前記キャブの一側方に配置されたアタッチメントを装着自在な支持部とを備えたことを特徴とする作業機が提供される。

上記第２観点によれば、第１観点と同様の効果、運転者の視界を妨げることなく、且つ、コストや重量の増加、構造の複雑化等を抑制しつつ、作業機の転倒時にキャブ内の運転者の生存空間を確保することができる。

本発明によると、リヤピラーにおけるたわみ限界領域の運転者の肩よりも上方に低剛性部を設けることで、運転者の視界を妨げることなく、且つ、コストや重量の増加、構造の複雑化等を抑制しつつ、作業機の転倒時にキャブ内の運転者の生存空間を確保することができる。

本発明の一実施形態に係る作業機用キャブを含む油圧ショベルを示す側面図である。 図１の油圧ショベルに含まれるキャブのフレームを示す斜視図である。 図２のフレーム内におけるたわみ限界領域を示す、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った側断面図である。 図２のフレームのリヤピラーに設けられた薄肉部を示す分解斜視図である。

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

先ず、図１を参照し、一実施形態に係る作業機用キャブ１０を含む油圧ショベル１の概要について説明する。

油圧ショベル１は、下部走行体２、及び、下部走行体２０の上部に設けられた上部旋回体３を有する。下部走行体２は、左右方向に一対のクローラ（図１には、キャブ１０内の運転席に着座した運転者から見て左側（以下、単に「左側」と称す。）のクローラ２ｂのみが示されている。）を含む。これらクローラが個別の油圧モータにより駆動されることにより、ショベル１が前後方向に走行する。

上部旋回体３は、下部走行体２０に対して旋回可能に取り付けられた旋回台３ｘ、並びに、旋回台３ｘ上に支持されたキャブ１０及び機械室４を含む。機械室４には、エンジンや当該エンジンにより駆動される油圧ポンプ等が収容されている。

旋回台３ｘ上におけるキャブ１０の一側方（図１の紙面奥側であって、キャブ１０内の運転席に着座した運転者から見て右側（以下、単に「右側」と称す。））には、アタッチメント５が装着自在に支持されている。アタッチメント５は、旋回台３ｘから前方に延出するよう設けられており、旋回台３ｘ上に取り付けられた伏仰可能なブーム５ａ、ブーム５ａ先端に接続され且つ当該ブーム５ａとの接続点を中心として伏仰可能なアーム５ｂ、及び、アーム５ｂ先端に接続され且つ当該アーム５ｂとの接続点を中心として伏仰可能なバケット５ｃを有する。これらアタッチメント５の各部５ａ〜５ｃの動作は油圧シリンダ等により制御される。

次に、図２、図３、及び図４を参照し、キャブ１０について説明する。図２にはキャブ１０の躯体であるフレーム１１及びフロントガラス１０ａのみが示されているが、フレーム１１に、フロントガラス１０ａの他、ドア、外装パネル等の適宜の部材が組み付けられることでキャブ１０が完成する。

フレーム１１は、図２に示すように、鉛直方向に立設された４本のピラー１２，１３，１４，１５、及び、これらピラー１２〜１５を互いに連結するビーム１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ，１６ｅを有する。これらピラー１２〜１５及びビーム１６ａ〜１６ｅにより形成される空間１１ｘ内に、ショベル１の運転者が収容される。

ビーム１６ａ，１６ｅはそれぞれ、左右方向に沿って延在し、ショベル１の前方に位置するフロントピラー１２，１３の上端同士及び下端同士を連結している。これらピラー１２，１３及びビーム１６ａ，１６ｅにより形成される矩形状の枠内に、フロントガラス１０ａが取り付けられている。ビーム１６ｂは、左右方向に沿って延在し、ショベル１の後方に位置するリヤピラー１４，１５の上端同士を連結している。ビーム１６ｃ，１６ｄはそれぞれ、前後方向に沿って延在し、右側のピラー１２，１４の上端同士及び左側のピラー１３，１５の上端同士を連結している。

右側のピラー１２，１４及びビーム１６ｃ、並びに、左側のピラー１３，１５及びビーム１６ｄはそれぞれ、後述する薄肉部１７を除き、例えば１本の角型鋼管を屈曲させることにより、同形状且つ同サイズの門形に形成されている。ビーム１６ａ，１６ｂ，１６ｅは、略同一長さの角型鋼管であり、両端をそれぞれ左右の上記門形の鋼管側面に溶接することで、各ピラー１２〜１５に固定されている。ピラー１２〜１５及びビーム１６ａ〜１６ｅを構成する鋼管は、後述する薄肉部１７を含め、全て同じ鋼材からなる。

或いは、適宜の構造設計に応じた材料を選択し、ピラー１２〜１５及びビーム１６ａ〜１６ｅをそれぞれ異なる材料から形成してもよい。例えば、引張力が作用する部分には、延性の高い材料を用いてよい。

各リヤピラー１４，１５の上端近傍に、薄肉部１７が設けられている。薄肉部１７は、図３に示すように、ＤＬＶ（Ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ Ｌｉｍｉｔｉｎｇ Ｖｏｌｕｍｅ：たわみ限界領域）５０の肩レベル５２Ｈよりも上方に設けられている。ＤＬＶ５０は、運転席に腰掛けた大型の男性運転者を箱型形状に近似したものであり、ＲＯＰＳ（Ｒｏｌｌ‐Ｏｖｅｒ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ：転倒時保護構造）規格（油圧ショベルのＲＯＰＳ規格は「ＩＳＯ １２１１７―２，２００８」）により決定される、キャブ１０に対して所定の条件下で横方向荷重が作用した場合に一切の部材が干渉しないことが要求される人型の領域である。図３には、ＤＬＶ５０における運転者の頭部５１及び肩５２が示されている。

薄肉部１７は、リヤピラー１４，１５の上端側に配置された上部１４ｘ，１５ｘと下端側に配置された下部１４ｙ，１５ｙとの間に介在している。上部１４ｘ，１５ｘ及び下部１４ｙ，１５ｙは、形状、サイズ、及び肉厚が共に等しい角型鋼管であり、薄肉部１７はこれら各部１４ｘ，１５ｘ，１４ｙ，１５ｙと略同じ形状及びサイズであるがこれらよりも肉厚が小さい角型鋼管である。薄肉部１７は、図４に示すように、矩形枠状の上下端面をそれぞれ上部１４ｘ，１５ｘの下端面及び下部１４ｙ，１５ｙの上端面に当接させつつ当該当接部を溶接することにより、各部１４ｘ，１５ｘ，１４ｙ，１５ｙに固定されている。

各部１４ｘ，１５ｘ，１４ｙ，１５ｙにおける角筒を形成する４つの側壁の肉厚ｔ０は全て同じである。薄肉部１７における角筒を形成する４つの板１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄの肉厚ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ３は全て同じであり、肉厚ｔ０よりも小さい（ｔ１＝ｔ２＝ｔ３＝ｔ４＜ｔ０）。これにより、薄肉部１７は、リヤピラー１４，１５の他の部分（上部１４ｘ，１５ｘ及び下部１４ｙ，１５ｙ）よりも、剛性が低く、低い荷重で塑性化するよう構成されている。

以上に述べたように、本実施形態に係るキャブ１０及びこれを含むショベル１によると、ショベル１の転倒によりフレーム１１に荷重が作用した場合に、薄肉部１７において、変形を促進させることで、効率よくエネルギーを吸収することができる。しかも、図３に示すように、リヤピラー１４，１５におけるＤＬＶ５０の運転者の肩レベル５２Ｈよりも上方に薄肉部１７が設けられているため、薄肉部１７において変形を促進させても、キャブ１０内の運転者の生存空間を確実に確保することができる。さらに、本実施形態によれば、補強用に別部材を追加的に設けるのではなく、リヤピラー１４，１５の一部に薄肉部１７を設けるのみであるため、運転者の視界を妨げることがなく、且つ、コストや重量の増加、構造の複雑化等が抑制される。

ショベル１が横転すると、右側への横転時には右側のフロントピラー１２及びリヤピラー１４、左側への横転時には左側のフロントピラー１３及びリヤピラー１５（図２参照）にそれぞれ大きな荷重が作用する。一方、ショベル１が後方に転倒すると、リヤピラー１４，１５に大きな荷重が作用する。したがって、一般に、ピラー１２〜１５は剛性が高くなるよう設計される。そこで、本実施形態では、全体として高い剛性を有するリヤピラー１４，１５の一部に低剛性である薄肉部１７を設けることで、当該薄肉部１７において変形を促進し、エネルギー吸収効率の向上を図っている。なお、フロントピラー１２，１３の一部に薄肉部１７等の低剛性部を設けた場合、フレーム１１全体としての変形のバランスが崩れ易く、大きな捩れ変形を生じて反力が低下してしまうことがある。

リヤピラー１４，１５は、図４に示すように、その長手方向に沿った筒を形成する側壁を有する。薄肉部１７は、リヤピラー１４，１５の他の部分（上部１４ｘ，１５ｘ及び下部１４ｙ，１５ｙ）よりも、側壁の厚みが小さい。このように、リヤピラー１４，１５の側壁の厚みを変更することによって、薄肉部１７を容易に形成することができる。

薄肉部１７は、リヤピラー１４，１５の他の部分（上部１４ｘ，１５ｘ及び下部１４ｙ，１５ｙ）よりも低い荷重で塑性化する。したがって、ショベル１の転倒時に、薄肉部１７の塑性変形によって、エネルギーの吸収をより一層促進することができ、運転者の安全をより確実に確保することができる。

なお、薄肉部１７の降伏荷重が著しく低く、薄肉部１７がリヤピラー１４，１５の他の部分（上部１４ｘ，１５ｘ及び下部１４ｙ，１５ｙ）やフロントピラー１２，１３よりも著しく低い荷重で塑性化すると、ほとんどの荷重を薄肉部１７が受けることになる。この場合、薄肉部１７の変形量が増大する一方、リヤピラー１４，１５の他の部分やフロントピラー１２，１３において塑性変形が進まず、吸収エネルギーが増大しないことが想定される。また逆に、薄肉部１７の降伏荷重が著しく高く、薄肉部１７がリヤピラー１４，１５の他の部分やフロントピラー１２，１３よりも著しく高い荷重で塑性化する場合、ショベル１の転倒時に薄肉部１７が弾性変形するのみで塑性変形せず、吸収エネルギーが増大しないことが想定される。したがって、ショベル１の転倒時に、リヤピラー１４，１５の他の部分やフロントピラー１２，１３の塑性変形を妨げることなく、薄肉部１７が塑性変形するような構成にすることが望ましい。

フレーム１１の一側方（右側）に、アタッチメント５が配置されている（図１参照）。ここで、薄肉部１７は、２本のリヤピラー１４，１５のうち、少なくとも、アタッチメント５から左右方向に最も離隔したリヤピラー１５（図２参照）に設けられている。アタッチメント５がフレーム１１の一側方に配置されている場合に、フレーム１１に対してアタッチメント５とは反対の方向（即ち、左側）にショベル１が横転すると、フレーム１１がアタッチメント５の下側になる。このとき、フレーム１１はアタッチメント５と地面とに挟まれ、アタッチメント５の重量を受けつつ地面に衝突し得るため、安全性の確保が特に肝要である。そこで、当該方向にショベル１が横転したときに最も下方に位置するリヤピラー１５に薄肉部１７を設けることで、このような横転時にも、効率よくエネルギーを吸収し、運転者の安全を確保することができる。

次いで、本発明に係る作業機用キャブの別の実施形態について説明する。

本実施形態は、薄肉部１７の構成のみ上述の実施形態と異なり、他の構成については上述の実施形態と同じである。上述の実施形態に係る薄肉部１７は、角型鋼管からなり、４つの板１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ（図４参照）が互いに溶接により接合されておらず、各板１７ａ〜１７ｄの肉厚ｔ１〜ｔ４が全て同じである。これに対し、本実施形態に係る薄肉部１７は、角型鋼管からなるのではなく、４つの板１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄを互いに溶接により周方向に沿って接合することで構成されている。そして４つの板１７ａ〜１７ｄのうち、ショベル１の側方に面する板１７ｃ，１７ｄが、他の板１７ａ，１７ｂよりも小さい厚みを有する（ｔ３＝ｔ４＜ｔ１＝ｔ２＜ｔ０）。

このようにショベル１の側方に面する板１７ｃ，１７ｄを比較的小さい厚みにして低剛性化することで、ショベル１が横転した場合に、当該板１７ｃ，１７ｄにおける変形を促進し、効率よくエネルギーを吸収することができる。

次いで、本発明に係る作業機用キャブのさらに別の実施形態について説明する。

本実施形態では、上記の別の実施形態と同様、薄肉部１７が、角型鋼管からなるのではなく、４つの板１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ（図４参照）を互いに溶接により周方向に沿って接合することで構成されている。そして４つの板１７ａ〜１７ｄのうち、ショベル１の側方に面する板１７ｃ，１７ｄが、他の板１７ａ，１７ｂよりも小さい厚みを有すると共に、当該２つの板１７ｃ，１７ｄのうち、ショベル１の左右方向に関してフレーム１１の外側に位置する板（図２に示すように右側のリヤピラー１４では右側の板１７ｃ、左側のリヤピラー１５では左側の板１７ｄ）が、最も小さい厚みを有する（右側のリヤピラー１４ではｔ３＜ｔ４＜ｔ１＝ｔ２＜ｔ０、左側のリヤピラー１５ではｔ４＜ｔ３＜ｔ１＝ｔ２＜ｔ０）。

このように、ショベル１の側方に面する板１７ｃ，１７ｄの中でも、フレーム１１の外側に位置する板の厚みを最も小さくすることで、より一層効率よくエネルギーを吸収することができる。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。

例えば、低剛性部は、上述の実施形態のようにリヤピラーの側壁の厚みを小さくする以外にも、材料の変更や断面全体のサイズを小さくする等、様々な方法により形成可能である。

低剛性部は、複数のリヤピラーの全てに設けられることに限定されず、複数のリヤピラーの一部のみ（例えば上述の実施形態における２つのリヤピラー１４，１５の一方のみ）に設けられてよい。低剛性部を設けるリヤピラーについては、フレームの変形モードに基づいて決定してよい。

低剛性部は、リヤピラーの他の部分と溶接により連結されることに限定されず、その他様々な方法により当該他の部分と連結してよい。

低剛性部は、リヤピラーの他の部分よりも低い荷重で塑性化することに限定されない。即ち、低剛性部における塑性化前の弾性変形によっても、効率よくエネルギー吸収を行うことができる。

ピラー及びビームは、角型鋼管等、長手方向に沿った筒を形成する側壁を含む構成に限定されず、内部に中空空間を有さない構成であってもよい。この場合、例えばリヤピラーの断面を部分的に小さくすることで、低剛性部を形成してよい。

フレームの構成は様々に変形可能である。例えば、リヤピラー１４，１５の間にもう１つリヤピラーを設けたり、フロントピラー１２，１３とリヤピラー１４，１５との間のビーム１６ｃ，１６ｄの中央に中間のピラーを設けたり、ビームの数を増加したりしてよい。

アタッチメントは、フレームの一側方に配置されることに限定されず、フレームの前方又は後方に配置されてもよい。

本発明において、作業機とは、ショベル、クレーン等の建設機械の他、原動機から動力の供給を受けて仕事を行う全ての機械を含む概念である。したがって、本発明に係るキャブは、ショベル以外の様々な作業機に適用可能である。

１ 油圧ショベル（作業機）
３ｘ 旋回台（支持部）
５ アタッチメント
１０ キャブ（作業機用キャブ）
１１ フレーム
１１ｘ 空間
１２，１３ フロントピラー
１４，１５ リヤピラー
１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ，１６ｅ ビーム
１７ 薄肉部（低剛性部）
１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ 板
５０ ＤＬＶ（たわみ限界領域）
５２Ｈ 運転者の肩レベル

Claims (7)

1. 複数のピラー及び前記ピラーを互いに連結するビームを有し、前記ピラー及び前記ビームにより形成される空間内に作業機の運転者を収容するフレームと、
   前記フレームにおける前記複数のピラーのうち、前記作業機の後方に位置するリヤピラーにおける、たわみ限界領域の前記運転者の肩よりも上方に設けられた、当該リヤピラーの他の部分よりも剛性が低い低剛性部と
   を備えたことを特徴とする作業機用キャブ。
2. 前記リヤピラーが、その長手方向に沿った筒を形成する側壁を有し、
   前記低剛性部は、前記他の部分よりも、前記側壁の厚みが小さいことを特徴とする請求項１に記載の作業機用キャブ。
3. 前記低剛性部が、前記他の部分よりも低い荷重で塑性化することを特徴とする請求項１又は２に記載の作業機用キャブ。
4. 前記フレームの一側方に、前記作業機に係るアタッチメントが配置されており、
   前記低剛性部が、複数の前記リヤピラーのうち、少なくとも、前記アタッチメントから側方向に最も離隔したリヤピラーに設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の作業機用キャブ。
5. 前記低剛性部が、前記リヤピラーの長手方向に沿った筒を形成するよう周方向に沿って互いに連結された複数の板を含み、
   前記複数の板のうち、前記作業機の側方に面する板が、他の板よりも小さい厚みを有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の作業機用キャブ。
6. 前記作業機の側方に面する複数の板のうち、前記作業機の左右方向に関して前記フレームの外側に位置する板が、最も小さい厚みを有することを特徴とする請求項５に記載の作業機用キャブ。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の作業機用キャブと、
   前記キャブを支持し、前記キャブの一側方に配置されたアタッチメントを装着自在な支持部と
   を備えたことを特徴とする作業機。

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