JP3107321B2 - 建設機械のオペレータキャビン弾性支持構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、油圧パワーショベル等
の建設機械のオペレータキャビン弾性支持構造に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】油圧パワーショベルの側面図を図１に示
す。図１において、１はオペレータキャビン、２は上部
旋回体、２ａは上部旋回体フレーム、３は下部走行体で
ある。図６は、図１でのキャビン１の上部旋回体フレー
ム２ａへの装着関係図であり、上部旋回体フレーム２ａ
に溶接した支持フレーム２２ｂにキャビン１の床板２１
ａが緩衝装置２４を介して取付けられている。緩衝装置
２４による床板２１ａと支持フレーム２２ｂとの結合関
係の詳細を図７に示す。図７において、床板２１ａと支
持フレーム２２ｂとの間に配置したケース２４ｃに収納
した弾性体２４ａと、支持フレーム２２ｂ下方に配置し
たケース２４ｄに収納した弾性体２４ｂとによって支持
フレーム２２ｂをサンドイッチ状に挟み込み、この状態
で床板２１ａに溶接したフロアボス２１ｂをケース２４
ｃ、弾性体２４ａ、支持フレーム２２ｂ、弾性体２４
ｂ、ケース２４ｄに貫通させたのち、ボルト２６をケー
ス２４ｄからフロアボス２１ｂに締結し、これにより弾
性体２４ａ、２４ｂに所定量の締め代を与えて組み立て
てある。尚、床板２１ａはキャビン１に溶接したブラケ
ット２１ｃにボルト２７によって締着される。緩衝装置
２４は、図６に示すように、キャビン１の前後左右に四
個装着される。またフロアボス２１ｂ外周と支持フレー
ム２２ｂの孔との間には弾性体２５が嵌合し、上部旋回
体フレーム２ａに対してキャビン１が平面内で弾性的に
位置決めされている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来技
術は床板２１ａを複数の緩衝装置２４で支持フレーム２
２ｂに連結しているためにキャビン１の固有振動数が小
さい。そして油圧パワーショベルの高速走行時に、キャ
ビン１の前記固有振動数が履帯・スプロケットホイール
の噛合周波数に近くなり、キャビン１が共振を起こして
いた。そのためキャビン１の振動数が増幅され特に左右
方向の揺れが増大するが、緩衝装置２４は緩衝作用が主
目的であってキャビン１の共振により増大した振動に対
する減衰作用が少なく、このため高速走行時の乗り心地
が悪かった。また振動によりキャビン１の強度低下をも
たらしていた。本発明は、前記問題を解決し、特に油圧
パワーショベルの高速走行時での振動を低減できる建設
機械のオペレータキャビン弾性支持構造を提供すること
を目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明に係る建設機械のオペレータキャビン弾性支持
構造は、オペレータキャビンを建設機械の支持フレーム
に弾性支持する建設機械のオペレータキャビン弾性支持
構造において、中心軸と、中心軸を囲むように一端側か
ら順に第１フランジ部と胴部と第２フランジ部とダンパ
ケースとを一体化してなるケースと、中心軸を囲むよう
に第１フランジ部上及び中心軸外周面に接着した弾性体
鍔部と胴部内面に外周面を接着すると共に中心軸外周面
に内周面を接着した弾性体胴部とを一体化してなる弾性
体と、ダンパケース内に充填した粘性体中に浸漬した中
心軸下端に取り付けた減衰板と、弾性体鍔部外周のケー
ス（第１フランジ部に相当）上に接着した第１弾性スト
ッパと、ケース内面（第２フランジ部下面に相当）から
第１間隔を有して減衰板上に接着した第２弾性ストッパ
とを備えた弾性支持装置と、 弾性体鍔部とオペレータキ
ャビンとの間に介在自在とされたスペーサとを有し、弾
性体鍔部上面に下面が当接し、かつオペレータキャビン
下面に上面が当接するようにスペーサを弾性体鍔部とオ
ペレータキャビンとの間に介在させたのち、オペレータ
キャビンに中心軸上端を固定すると共に支持フレームに
ケース外縁を固定することによりオペレータキャビンを
支持フレーム上に静置させ、前記スペーサは、前記静置
時に第１弾性ストッパ上面とオペレータキャビン下面と
の間に第２間隔を確保する厚さとされ、かつオペレータ
キャビンの前記第２間隔を越えての下動時にオペレータ
キャビン下面が第１弾性ストッパ上面に当接 しそののち
第１弾性ストッパを圧縮する厚さとされていることを特
徴としている。

【０００５】

【作用】上記構成によれば、中心軸がオペレータキャビ
ンに取付けられ、ケースが支持フレームに取付けられ、
弾性体がケース内からオペレータキャビンに向けて中心
軸を囲むようにケース内面と中心軸外面との間でこれら
に接着してある。具体的には、弾性体の一方の構成要素
である弾性体鍔部は第１フランジ部上面に中心軸を囲む
ように接着され、他方の構成要素である弾性体胴部はそ
の外周面を胴部内面に接着され、かつその内周面を中心
軸中下部外周面に接着されている。即ち上記構成は基本
的には、弾性体胴部に生ずる剪断力によって支持フレー
ム上にオペレータキャビンを支持する構成となってい
る。かかる構成を基礎として、弾性体鍔部は上下方向の
振動に対し、その引張・圧縮により緩衝作用を発揮す
る。そして上記剪断力から明らかなように、弾性体胴部
は単に上下方向の振動だけでなく、左右方向、前後方
向、斜め方向及び曲げ方向等の振動に対しても、さらに
は捩じれに対してもその剪断力により良好な緩衝作用を
発揮する。即ち従来技術には見られない極めて顕著な緩
衝作用を奏する。しかも上記構成は振動時に減衰板が粘
性体内で移動することになるが、この移動時に減衰板が
粘性体をかき回し、これにより粘性抵抗が生じる構成と
なっている。この粘性抵抗が振動に対する顕著な減衰作
用を発揮する。即ち上記構成によれば、従来技術には見
られない極めて顕著な緩衝作用と減衰作用とを生ずる。
しかもこれら作用は、建設機械において生ずる広範囲の
振動数に係わりなく生ずるから（図４、図５参照）、オ
ペレータの乗り心地性やオペレータキャビンの耐久性が
向上する。具体的には油圧パワーショベルの高速走行時
での振動を低減できる。さらにまた、オペレータキャビ
ンが下動すると、オペレータキャビン下面が第１弾性ス
トッパ上面に当接するまではオペレータキャビンは弾性
体鍔部の圧縮力と弾性体胴部の剪断力とにより弾性支持
される。またさらに、オペレータキャビ ンが第２間隔を
越えて下動してオペレータキャビン下面が第１弾性スト
ッパ上面に当接すると、第１弾性ストッパの弾性力がそ
れまでの弾性力に加算される（即ち、下動ばね定数を上
昇させる）。以上の弾性によってオペレータキャビンが
下動から上動に切り換わり、第２弾性ストッパ上面が第
１間隔を越えて第２フランジ内面に当接すると、第２弾
性ストッパの弾性力はそれまでの弾性体鍔部と弾性体胴
部との戻り弾性力に抗する（即ち、上動ばね定数が上昇
する）。以上の上下動時における途中のバネ定数の変化
により、弾性力の変化は勿論のこと、減衰力が生ずる。
そしてこの減衰力に減衰板による減衰作用が加算され
る。このため、オペレータキャビンの上下動での緩衝作
用がさらに顕著に生ずる。

【０００６】

【実施例】以下、実施例を図１〜図５に基づき詳説す
る。図２は前記図１の油圧パワーショベルの側面図にお
けるオペレータキャビン１と上部旋回体フレーム２ａと
の装着関係を示す一部断面図であり、１ａはキャビン１
に溶接したブラケット１ｃにボルト７で締着した床板、
２ｂは上部旋回体フレーム２ａに溶接した支持フレー
ム、４は支持フレーム２ｂに床板１ａを弾性支持する減
衰板ダンパ付き緩衝装置である。図３は図２における床
板１ａと支持フレーム２ｂと減衰板ダンパ付き緩衝装置
４との結合関係図である。図４は本実施例に係わる減衰
板ダンパ付き緩衝装置４と従来のゴムマウントとに関す
る振動伝達特性比較図である。図５は本実施例に係る減
衰板ダンパ付き緩衝装置４と従来のゴムマウントとのロ
スファクタ比較図である。図２に示す通り、床板１ａ
は、前後左右の四箇所で減衰板ダンパ付き緩衝装置４に
より、上部旋回体フレーム２ａに溶接した支持フレーム
２ｂに弾性支持されている。図３に示す通り、減衰板ダ
ンパ付き緩衝装置４は、上フランジ部４ａ、下フランジ
部４ｂ、胴部４ｃ及びダンパケース４ｄで形成されるケ
ースと、弾性体鍔部４ｅ、弾性体胴部４ｆ及び下動スト
ッパ４ｇで形成される弾性体と、弾性体鍔部４ｅから弾
性体胴部４ｆに渡ってその中心部を貫通する中心軸４ｈ
と、中心軸４ｈ下端にボルト５で締結した減衰板６と、
減衰板６上面外周に接着した上動ストッパ６ａと、ダン
パケース４ｄに充填したシリコンオイル７とから構成し
てある。尚、上動ストッパ６ａもまた下動ストッパ４ｇ
と同様、下記「弾性体ストッパ４ｇ、６ａ」とするよう
に、かつ図３でのハッチングマークに示す通り、弾性体
である。詳しくは次の通り。弾性体鍔部４ｅ下面は上フ
ランジ部４ａ上面に接着し、弾性体胴部４ｆ外側面は胴
部４ｃ内面に接着し、中心軸４ｈ外周面は弾性体鍔部４
ｅから弾性体胴部４ｆに渡って接着している。そして、
中心軸４ｈ下端に減衰板６を固定すると共に、減衰板６
とシリコンオイル７を充填したダンパケース４ｄとによ
り減衰板ダンパ付き緩衝装置４が形成されている。尚、
減衰板６にはシリコンオイル７が流通可能な孔６ｂが複
数穿設され、これら孔６ｂの数や大きさに応じて減衰板
ダンパ付き緩衝装置４の振動伝達率Ｔを決定している。
中心軸４ｈ上部では弾性体鍔部４ｅと床板１ａとの間に
設けたスペーサ８を介し、座金９及びダブルナット１０
により床板１ａを弾性体鍔部４ｅ上面に締結してある。
上フランジ部４ａは支持フレーム２ｂにボルト１１及び
ナット１２により固定してある。尚、弾性体鍔部４ｅ外
周に配置した下動ストッパ４ｇ上面と床板１ａ下面とは
僅かな間隔（スペーサ８の厚さと略同じ）を有して締結
されている。また、減衰板６は、その外周部が下フラン
ジ４ｂ下面の下方に、かつ下フランジ４ｂ下面から間隔
を有して配置してある。

【０００７】次に作用説明する。図３に示すように、キ
ャビン重量は底板１ａ下面が弾性体鍔部４ｅ上面に当接
し、かつ下動ストッパ４ｇ上面からスペーサ８厚さと略
同等間隔を持った状態で、弾性体鍔部４ｅの圧縮力と弾
性体胴部４ｆの剪断力とにより静置される。上部にキャ
ビン１を固定した中心軸４ｈは弾性体鍔部４ｅと弾性体
胴部４ｆとにより垂直に対する倒れを弾性支持する。こ
のためキャビン１の前後左右方向の揺動振動を確実に減
少させる。また、建設機械のように走行条件や作業条件
等によって変化する広範囲の振動数に対してはシリコン
オイル７が減衰板６の孔６ｂを出入りすることにより顕
著な減衰作用を有する。さらに、キャビン１の上下動は
弾性体ストッパ４ｇ、６ａにより制限される。即ち、キ
ャビン１が弾性体ストッパ４ｇ又は６ａに当接し、これ
によって弾性体のばね定数が上昇した状態で、キャビン
１の上下動が制限されるため、キャビン１にはより有効
な緩衝作用が働く。詳しくは、次の通り。静置状態から
キャビン１が下動して底板１ａ下面が下動ストッパ４ｇ
上面に当接するまでは、弾性体鍔部４ｅの圧縮力と弾性
体胴部４ｆの剪断力とにより弾性支持される。またさら
に、キャビン１がスペーサ８厚さと略同等間隔を越えて
下動すると、底板１ａ下面が下動ストッパ４ｇに当接し
てこれを圧縮し、その圧縮力がそれまでの弾性力に加算
される（即ち上記の通り、下動ばね定数が上昇する）。
以上まで弾性力によってキャビン１が下動から上動へと
切り換わってさらに上動ストッパ６ａ上面が下フランジ
４ｂ内面に当接すると、上動ストッパ６ａの弾性力がそ
れまでの弾性体鍔部４ｅと弾性体胴部４ｆとの戻り弾性
力に抗する（即ち上動ばね定数が上昇する）。以上の上
下動時における途中のバネ定数の変化により、弾性力の
変化は勿論のこと、減衰力が生ずる。そしてこの減衰力
にシリコンオイル７の孔６ｂへの出入による減衰作用が
加算される。図４は上記減衰板ダンパ付き緩衝装置４と
従来のゴムマウントとに関する振動伝達特性の比較図で
あり、横軸を加振周波数ｆ（Ｈｚ）、縦軸を振動伝達率
Ｔとした図である。破線で示すように、従来技術では加
振周波数ｆが約１１Ｈｚ近傍での振動伝達率Ｔが約２．
３であったものが、本実施例の振動伝達率Ｔは約１．２
となり、ほぼ半減している。図５は上記減衰板ダンパ付
き緩衝装置４と従来のゴムマウントとのロスファクタの
比較図であり、横軸を加振周波数ｆ（Ｈｚ）、縦軸をロ
スファクタ（ｔａｎδ）とした図である。従来のゴムの
弾性体によるキャビン１の装着構造では、３０Ｈｚまで
の加振周波数ｆに対するロスファクタｔａｎδが約０．
２〜０．２５であるに対し、本実施例では約０．８と大
きく減衰効果が大きい。尚、一般に振動伝達率Ｔとロス
ファクタ（ｔａｎδ）との関係式は下記の通り。 Ｔ＝√１＋tan δ2 ／√（１−ｆ／ｆn )2＋tan δ2 ・・・・・・（１） 但し、ｆ；加振振動数、ｆｎ；固有振動数である。

【０００８】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
次のような効果を得られる。 （１）キャビンを減衰板ダンパ付き緩衝装置を介して車
体に装着するようにしたため、建設機械のように広範囲
の振動数が作用する車両でも有効に緩衝作用及び減衰作
用が生じ、オペレータの乗り心地性やキャビンの耐久性
が向上する。 （２）減衰板ダンパ付き緩衝装置はケースと、胴部外側
面と鍔部下面とをケース内面に接着した鍔付き弾性体
と、鍔付き弾性体の中心部に接着した中心軸と、中心軸
下端部に固定した減衰板と、ケース下端に固定した減衰
板ケースに充填した粘性体とにより形成した粘性減衰器
を構成すると共に、中心軸上部にキャビンを固定し、キ
ャビンを鍔付き弾性体の鍔部上面でスペーサを介し、か
つこのスペーサ厚さに略相当する分だけ間隔を有してキ
ャビンが下動したときに当接して圧縮される下動ストッ
パで支持するように、かつ減衰板外周の上動ストッパ上
面が下フランジ内面に所定間隔を有してキャビンが上動
したときに当接して圧縮される上動ストッパで支持する
ように構成したので、建設機械のように広範囲の振動数
に対しても上下方向での有効な減衰作用及び緩衝作用を
有するだけでなく、上部にキャビンを固定した中心軸が
鍔付き弾性体の鍔部と胴部とによって垂直に対する倒れ
を弾性支持するためにキャビンの前後左右方向の揺動振
動を確実に減少できる。このためオペレータの乗り心地
性やキャビンの耐久性が向上する。 （３）キャビンの上下動は各弾性体ストッパにより制限
されるたため、キャビンが各弾性ストッパに当接してか
らばね定数が上昇した状態でキャビンの上下動が制限さ
れる。従ってキャビンには有効な緩衝作用が働き、オペ
レータの乗り心地性やキャビンの耐久性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】一般の油圧パワーショベルの側面図である。

【図２】図１におけるキャビンと上部旋回体フレームと
の装着関係図を示す一部断面図である。

【図３】図２における床板と支持フレームと減衰板ダン
パ付き緩衝装置との結合関係図である。

【図４】本実施例に係る減衰板ダンパ付き緩衝装置と従
来のゴムマウントとに関する振動伝達特性比較図であ
る。

【図５】実施例に係る減衰板ダンパ付き緩衝装置と従来
のゴムマウントとのロスファクタ比較図である。

【図６】図１での従来のキャビンの上部旋回体フレーム
への装着関係図である。

【図７】図６の緩衝装置の拡大図である。

【符号の説明】

１：オペレータキャビン、１ａ：床板、１ｂ：フロアボ
ス、１ｃ：ブラケット、２：上部旋回体、２ａ：上部旋
回体フレーム、２ｂ：支持フレーム、３：下部走行体、
４：減衰板ダンパ付き緩衝装置、４ａ：上フランジ部、
４ｂ：下フランジ部、４ｃ：胴部、４ｄ：ダンパケー
ス、４ｅ：弾性体鍔部、４ｆ：弾性体胴部、４ｇ：下動
ストッパ、４ｈ：中心軸、６：減衰板、６ａ：上動スト
ッパ、７：シリコンオイル、８：スペーサ、９：座金、
１０：ナット、５，１１，１２：ボルト。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 オペレータキャビン(1) を建設機械の支
   持フレーム(2b)に弾性支持する建設機械のオペレータキ
   ャビン弾性支持構造において、 中心軸(4h)と、中心軸(4h)を囲むように一端側から順に
   第１フランジ部(4a)と胴部(4c)と第２フランジ部(4b)と
   ダンパケース(4d)とを一体化してなるケースと、中心軸
   (4h)を囲むように第１フランジ部(4a)上及び中心軸(4h)
   外周面に接着した弾性体鍔部(4e)と胴部(4c)内面に外周
   面を接着すると共に中心軸(4h)外周面に内周面を接着し
   た弾性体胴部(4f)とを一体化してなる弾性体と、ダンパ
   ケース(4d)内に充填した粘性体(7) 中に浸漬した中心軸
   (4h)下端に取り付けた減衰板(6)と、弾性体鍔部(4e)外
   周のケース（第１フランジ部(4a)に相当）上に接着した
   第１弾性ストッパ(4g)と、ケース内面（第２フランジ部
   (4b)下面に相当）から第１間隔を有して減衰板(6) 上に
   接着した第２弾性ストッパ(6a)とを備えた弾性支持装置
   (4) と、 弾性体鍔部(4e)とオペレータキャビン(1) との間に介在
   自在とされたスペーサ(8) とを有し 、弾性体鍔部(4e)上面に下面が当接し、かつオペレータキ
   ャビン(1) 下面に上面が当接するようにスペーサ(8) を
   弾性体鍔部(4e)とオペレータキャビン(1) との間に介在
   させたのち、オペレータキャビン(1) に中心軸(4h)上端
   を固定すると共に支持フレーム(2b)にケース(4a)外縁を
   固定することによりオペレータキャビン(1) を支持フレ
   ーム(2b)上に静置させ 、前記スペーサ(8) は、前記静置時に第１弾性ストッパ(4
   g)上面とオペレータキャビン(1) 下面との間に第２間隔
   を確保する厚さとされ、かつオペレータキャビン(1) の
   前記第２間隔を越えての下動時にオペレータキャビン
   (1) 下面が第１弾性ストッパ(4g)上面に当接しそののち
   第１弾性ストッパ(4g)を圧縮する厚さとされている こと
   を特徴とする建設機械のオペレータキャビン弾性支持構
   造。