JP4418328B2 - 旋回フレーム構造 - Google Patents

Description

本発明は、作業機械の上部旋回体の旋回フレーム構造に関する。

従来より、油圧ショベルに代表される作業機械においては、作業機械の下部に設けられて走行装置を備えた下部走行体と、その上部に設けられて各種作業装置を備えた上部旋回体とが別ラインで製造されるようになっている。例えば、下部走行体の組立工程は、ベースフレームに対して旋回装置や走行装置が取り付けられるような組立ラインとなっており、一方、上部旋回体の組立工程は、旋回フレーム（スイングフレーム）に対してエンジンやラジエータ等が取り付けられるような組立ラインとなっている。そしてその後、上部旋回体の旋回フレームが旋回装置を介して下部走行体に載架されて一体に構成されるようになっている。

上部旋回体の骨組みとしての旋回フレームは、大別するとメインフレームとその左右に並設されるサイドフレームとから構成されている。メインフレームは、その前部にブーム装置等の各種作業装置を搭載するとともにその後部にエンジン等の駆動機を搭載し、下部旋回体の旋回装置に取り付けられるようになっている。一方、その左右に並設されるサイドフレームは、キャブ（オペレータの搭乗室）や燃料タンク等を搭載し、メインフレームに対して接合されるようになっている。

このように、旋回フレームをメインフレームやサイドフレームといった分割された小単位のフレームから構成し、これらを接合して全体を一体的に形成することによって、フレームの共通規格化を図り、例えば異なる種類の作業機械の旋回フレームに対して同じサイドフレームを使用して組み立てることができるようになっている。また、各フレーム毎に要求される強度に応じて部材の肉厚を小さくすることで、旋回フレームを軽量化することができるようになっている（例えば、特許文献１）。
特開２００２−２８５５７７号公報

ところで、旋回フレームを構成するこれらのメインフレーム及び左右のサイドフレームは、一般に溶接によって接合固定されている。そのため、火気の発生する溶接接合工程の前に、エンジンやキャブ，燃料タンク等といった機器を旋回フレーム上に先組みしておくことができず、こういったライン構成上の制約が組立工程を短縮させるうえでのネックとなり、生産性の向上が困難となっているという課題がある。

また、メインフレームとサイドフレームとの溶接部には、繰り返し荷重による亀裂が生じやすいため、溶接幅を大きくしたり、メインフレーム，サイドフレームの板厚を厚くしなければならず、必要とされるフレーム強度に対してフレーム全体の重量が大きくなってしまうことや、溶接にかかるコストの削減が困難であるという課題がある。さらに、溶接熱によるメインフレーム，サイドフレームの歪みや変形を招きやすく、施工品質管理にかかるコストを見込んでおく必要もある。
本発明は、これらのような課題に鑑み案出されたもので、簡素な構成で生産性が高く、十分な強度を備えた旋回フレーム構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の旋回フレーム構造（請求項１）は、作業機械の下部走行体上に旋回装置を介して旋回可能に載架される上部旋回体の旋回フレーム構造であって、該旋回装置の旋回側に固設されたメインフレームと、該メインフレームに並設されたサイドフレームと、該メインフレームの、該サイドフレームと該メインフレームとの並設部に略水平に延設された第１取付部と、該サイドフレームの、該並設部に略水平に延設された第２取付部と、弾性変形により該第１取付部と該第２取付部との間で伝達される力を吸収する緩衝手段と、該第１取付部と該第２取付部との間に該緩衝手段を挟装しながら、該第１取付部と該第２取付部とを締着する締着手段とを備えることを特徴としている。

また、該メインフレームは該サイドフレームの並設部に第１取付部を有するとともに、該サイドフレームは該メインフレームとの並設部に第２取付部を有し、該第１取付部及び該第２取付部は、互いに上下方向に対向するとともに、該締着手段は、該第１取付部と該第２取付部とを鉛直方向に締着することが好ましい（請求項２）。
また、該第１取付部及び該第２取付部がそれぞれ一対設けられ、該第１取付部又は該第２取付部のいずれか一方の一対の取付部が、該一対の取付部の間に他方の一対の取付部を介装するように配置されることが好ましい（請求項３）。

また、該第１取付部は、該並設部から該サイドフレームが並設される方向へ略水平に延設されるとともに、該第２取付部は、該並設部から該メインフレームが並設される方向と逆方向へ略水平に延設され、該締着手段は、該並設部よりも該メインフレームが並設される方向と逆方向の位置において該第１取付部及び該第２取付部を締着することが好ましい（請求項４）。

本発明の旋回フレーム構造（請求項１）によれば、メインフレームとサイドフレームとを互いに相対移動を許容して弾性的に連結する緩衝手段を備えているため、メインフレームとサイドフレームとの接合部位における変形が弾性的に許容され、接合部位の破断，破壊を防止することができる。また、簡素な構成で、生産性を向上させることができ、接合部位における高度な剛性を必要とせず十分な強度を確保できる。
また、第１取付部と第２取付部とが略鉛直方向に連結されるようになっているため、メインフレームとサイドフレームとの間において、鉛直方向に働く力を確実に減衰させることができる。

また、第１取付部と第２取付部との間に緩衝手段が挟着された状態でメインフレームとサイドフレームとが締着されているため、サイドフレームをメインフレームに対してしなやかに支えることができ、旋回フレームにおける変形を許容，吸収しながら形状を保持する柔構造を実現できる。これにより、締着手段の破断や疲労破壊を防止することができる。

また、柔構造を実現することにより、旋回フレームの形状を保持するための剛性を抑えることができる。つまり、締着手段に要求される強度を抑えることができ、または、メインフレームやサイドフレームの板厚を厚くしたり、複雑な剛構造（例えば閉断面部材で補強するような構造等）にする必要がなくなり、旋回フレーム全体の軽量化を図ることができる。
また、メインフレームとサイドフレームとを溶接する必要がないため、各種搭載機器や美装部品を予めメインフレーム，サイドフレームへサブ組みしておくことが可能となる。

また、本発明の旋回フレーム構造（請求項２）によれば、サイドフレームとメインフレームとの間において、鉛直方向に働く力を減衰させて伝達させることができる。
また、本発明の旋回フレーム構造（請求項３）によれば、第１取付部に対する第２取付部の締着位置決めを容易に行うことができ、組立精度を向上させることができる。また、誤った組み付けを行うおそれがなく、施工性を向上させることができる。

また、本発明の旋回フレーム構造（請求項４）によれば、サイドフレームとメインフレームとの並設面よりも外側方向の位置で、締着手段が第１取付部と第２取付部とを締着するため、サイドフレームに働く荷重によって発生する締着手段及び緩衝手段におけるモーメントの大きさを減少させることができ、フレーム構造全体の強度を向上させることができる。

以下、図面により、本発明の実施形態について説明する。
図１〜図４は本発明の一実施形態としてのフレーム構造を示すもので、図１は本発明の第１実施形態としての旋回フレーム構造が適用された旋回フレームの構成を示す要部断面図、図２は本旋回フレーム構造が適用された旋回フレームの全体構成を示す斜視図、図３は本旋回フレーム構造が適用された旋回フレームにおける組立時の先組み状態を示す斜視図、図４は本発明の第２実施形態としての旋回フレーム構造が適用された旋回フレームの構成を示す要部断面図である。

［第１実施形態］
図２に示すように、本発明の第１実施形態にかかる旋回フレーム構造は、作業機械の下部旋回体上に旋回装置を介して載架される上部旋回体の旋回フレーム１に適用されている。この旋回フレーム１は、旋回装置の旋回側に固設されるメインフレーム２と、メインフレーム２の左右側方に並設されるスカート（サイドフレーム）３とを備えて構成されている。

メインフレーム２は、その前部にブーム装置等の各種作業装置を搭載するとともにその後部にエンジン等の駆動機を搭載し、下部旋回体に載架されて、旋回装置の上面に取り付けられるようになっている。一方、その左右に並設されるスカート３は、キャブやラジエータ，燃料タンク，作動油タンク等を搭載し、メインフレーム２に取り付けられるようになっている。

メインフレーム２とスカート３との並設部には、これらのフレームを連結するためのブラケット４，５が形成されており、メインフレーム２には一対の第１ブラケット（第１取付部）４ａ，４ｂ（以下、単に４とも記す）が、スカート３には一対の第２ブラケット（第２取付部）５ａ，５ｂ（以下、単に５とも記す）がそれぞれ備えられている。
図１に示すように、一対の第１ブラケット４ａ，４ｂは、互いに上下方向に並設されて、メインフレーム２からスカート３方向へ略水平に延設されており、メインフレーム２に対して溶接固定されている。また同様に、一対の第２ブラケット５ａ，５ｂも互いに上下方向に並設されて、スカート３からメインフレーム２方向へ略水平に延設されて、スカート３に対して溶接固定されている。

これらのブラケットは、互いに列をなすように略平行に設けられており、第１ブラケット４ａと第２ブラケット５ａとの間、及び第１ブラケット４ｂと第２ブラケット５ｂとの間には、それそれ緩衝材（緩衝手段）６ａ，６ｂ（以下、単に６とも記す）が挟装されている。緩衝材６ａ，６ｂは、第１ブラケット４ａ，４ｂと第２ブラケット５ａ，５ｂとの間で伝達される力を弾性変形によって吸収するとともに、第１ブラケット４に対する第２ブラケット５の鉛直方向への弾性的な移動をある程度許容することができるようになっている。

また、第１ブラケット４ａ，４ｂには、ボルト挿通用のボルト孔４ｃが穿設され、同様に、第２ブラケット５ａ，５ｂにもボルト孔５ｃが穿設され、さらに、緩衝材６ａ，６ｂにもボルト孔６ｃが穿設されている。そして、これらのボルト孔４ｃ，５ｃ，６ｃにボルト７が挿通されて、ボルト７の上下端からナット８が締結されるようになっている。これにより、第１ブラケット４及び第２ブラケット５は、それらの間に緩衝材６を挟装した状態で、ボルト７及びナット８（締着手段）によって鉛直方向に締着されることになる。

また、ここでは、一対の第１ブラケット４ａ，４ｂが、その間に一対の第２ブラケット５ａ，５ｂを介装するように配置されている。つまり、図１に示すように、第１ブラケット４ａは、第２ブラケット５ａとともに緩衝材６ａを上方向から挟装するように配置され、一方、第１ブラケット４ｂは、第２ブラケット５ｂとともに緩衝材６ｂを下方向から挟装するように配置されている。これにより、第２ブラケット５ａは第１ブラケット４ａに対して略鉛直上方向へ締着され、一方、第２ブラケット５ｂは第１ブラケット４ｂに対して略鉛直下方向へ締着される。

このように、本旋回フレーム構造においては、緩衝手段としての緩衝材６ａ，６ｂと締着手段としてのボルト７及びナット８とにより、メインフレーム２とスカート３とを互いに相対移動を許容して弾性的に連結する連結手段として機能している。つまり、ボルト７及びナット８によって第１ブラケット４ａ，４ｂと第２ブラケット５ａ，５ｂとを締着する際に、弾性的に変形する緩衝材６ａ，６ｂをそれらの間に挟装することによって、メインフレーム２とスカート３との相対的な移動を許容しながら弾性的に連結する柔構造を形成して、スカート３をメインフレーム２に対してしなやかに支えることができるようになっているのである。

以上のような構成により、本実施形態の旋回フレーム構造は、以下のような作用・効果を奏する。
まず、本旋回フレーム１においては、第１ブラケット４ａ，４ｂと第２ブラケット５ａ，５ｂとの間に緩衝材６が挟装された状態で第１ブラケット４ａ，４ｂ及び第２ブラケット５ａ，５ｂが締着されており、緩衝材６は第１ブラケット４ａ，４ｂに対する第２ブラケット５の鉛直方向への移動をある程度許容することができるようになっているため、メインフレーム２に対するスカート３の上下方向への揺れがある程度許容された柔構造を形成することができる。

すなわち、従来の旋回フレームにおいては、メインフレームとサイドフレームとの接合部位の剛性を高めることで互いに移動を拘束するように構成し、旋回フレーム全体の変形を防止するようにしていたが、このような構成では、相対的に強度の弱い接合部位における強度的な負担が大きくなり、接合部位の破壊，破断のおそれがあった。

しかし、本旋回フレーム１では、第１ブラケット４ａ，４ｂと第２ブラケット５ａ，５ｂとの接合部位において、第１ブラケット４ａ，４ｂと第２ブラケット５ａ，５ｂとが、互いに上下方向へのある程度の相対移動を許容して連結されるようになっているため、接合部位の変形がある程度許容されることになる。そのため、上述の従来の旋回フレームのように接合部位を剛に接合する場合と比較して、スカート２がメインフレーム１に対してしなやかに支持されることになり、接合部位の破壊，破断に対する強度を高めることができる。

また、緩衝材６を第１ブラケット４ａ，４ｂと第２ブラケット５ａ，５ｂとの間に挟装したことにより、第１ブラケット４ａ，４ｂと第２ブラケット５ａ，５ｂとを締着するボルト７，ナット８に高強度のものを使用する必要がなくなり、コストダウンを図ることができる。
つまり、もしも第１ブラケット４ａ，４ｂと第２ブラケット５ａ，５ｂとの間に緩衝材６を挟装していなければ、柔構造を形成することができないため、旋回フレーム１の形状を剛に保持すべくボルト７，ナット８の本数を設定する必要があり、場合によっては高強度のボルト７，ナット８を用いなければならない。しかし、本旋回フレーム構造によれば、緩衝材６によって柔構造が形成されるため、ボルト７，ナット８の強度を低く設定することができ、コストを低減させることができるのである。

また、緩衝材６は、弾性変形によって第１ブラケット４ａ，４ｂと第２ブラケット５ａ，５ｂとの間で伝達される力を吸収するようになっているため、メインフレーム２に対するスカート３の歪みを吸収しながら、旋回フレーム１の形状を保持することができ、第１ブラケット４ａ，４ｂと第２ブラケット５ａ，５ｂとの歪みを拘束するための複雑な構造や板厚アップの必要がなく、旋回フレーム１の軽量化を図ることができる。また、緩衝材６を挟装したことによって、例えば、作業機械の移動や作業機器の駆動に伴い第１ブラケット４ａ，４ｂと第２ブラケット５ａ，５ｂとの間に働く繰り返し荷重による振動を吸収することができ、ボルト７，ナット８の疲労破壊を防止することができる。

また、一般に、スカート３に働く力は鉛直方向に働くものが多く、特にスカート３に搭載される機器の重量による重力方向（鉛直下方向）の力が大きい。このような事情に対して本旋回フレーム１では、ボルト７，ナット８によって第１ブラケット４ａ，４ｂと第２ブラケット５ａ，５ｂとが略鉛直方向に締着されるようになっている。そのため、メインフレーム２とスカート３との間において、鉛直方向に働く力をボルトの軸力として確実に減衰させつつ伝達することができる。

また、本旋回フレーム構造によれば、図１に示すように、一対の第１ブラケット４ａ，４ｂが、その間に一対の第２ブラケット５ａ，５ｂを介装するように配置されている。そのため、第１ブラケット４ａ，４ｂに対する第２ブラケット５ａ，５ｂの締着位置決め、すなわち、メインフレーム２に対するスカート３の締着位置決めを正確に行うことができ、組立精度を向上させることができるとともに、組立時に誤った組み付けを行うおそれもなく、施工性を向上させることができる。

さらに、本旋回フレーム１においては、従来の旋回フレームにおけるメインフレームとサイドフレームとの接合部のように、組立工程において溶接作業が必要ない。そのため、例えば、図３に示すように、メインフレーム２上に予めエンジン２１を先組み（サブ組み）搭載しておくとともに、スカート３上に予めキャブ３１やラジエータ装置３２，燃料タンク３３等を先組み搭載し、その後、これらのメインフレーム３及びスカート３を締着して組み立てるような工程にすることができる。このように、組立工程から溶接作業を廃することによって、工程の短縮を図ることができるとともに、生産性を向上させることができる。また、溶接作業にかかる品質管理も不要となる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態としての旋回フレーム構造の要部断面図を図４を用いて説明する。なお、ここでは、上述の第１実施形態にかかる旋回フレーム構造と同一の構成要素については同符号を付して説明を省略している。

図４に示す旋回フレーム構造では、一対の第１ブラケット４ｄ，４ｅは、互いに上下方向に並設されて、メインフレーム２からスカート３方向へ略水平に延設されており、メインフレーム２に対して溶接固定されている。一方、一対の第２ブラケット４ｄ，４ｅは、互いに上下方向に並設されて、スカート３のメインフレーム２との並設面からメインフレーム２が並設される方向と逆方向へ延設され（すなわち、一対の第１ブラケット４ｄ，４ｅと同じ方向へ延設され）、スカート３に対して溶接固定されている。

つまり、本旋回フレーム構造では、スカート３のメインフレーム２との並設面よりも外側（スカート３が並設された方向側）の位置で、第１ブラケット４ｄ，４ｅと第２ブラケット５ｄ，５ｅとが緩衝材６ｄ，６ｅを挟装した状態でボルト７，ナット８により締着されるようになっている。

このような構成によれば、例えば図１，図２に示す前述の旋回フレーム１の構成と比較すると、メインフレーム２とスカート３とを締着するボルト７，ナット８の位置よりも、スカート３のメインフレーム２との並設面がメインフレーム２側に位置するため、ボルト７，ナット８の位置からスカート３の外端部３ａまでの水平距離が短くなることになる。したがって、スカート３上の荷重によって第１ブラケット４ｄ，４ｅと第２ブラケット５ｄ，５ｅとの接合部位に生じるモーメントの大きさを小さくすることができ、強度的に有利な構造とすることができるのである。

［その他］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
例えば、上述の第１，第２実施形態においては、締着手段としてのボルト７，ナット８によって、第１ブラケットと第２ブラケットとが締着されるようになっているが、締着手段はこのような構成に限定されず、例えば第１ブラケットと第２ブラケットとが連結ピン（締結手段）を介してピン接合されるような構成としてもよい。

また、上述の第１，第２実施形態においては、第１ブラケットと第２ブラケットとが上下方向に並設されるようになっているが、並設方向は任意であり、水平方向に並設されるような構成としてもよい。
また、上述の第１，第２実施形態では、第１ブラケット及び第２ブラケットがそれぞれ一対設けられて、一対の第１ブラケットが一対の第２ブラケットを介装するように配置されているが、第１ブラケット及び第２ブラケットが一又は複数設けられてもよいし、締着手段によって締着された第１ブラケットと第２ブラケットとから構成されるブラケットの組の数は任意である。また、このようなブラケットの組同士の配置関係についても、上述の第１，第２実施形態のものに限定されるものではない。

本発明の第１実施形態としての旋回フレーム構造の構成を示す要部断面図である。 本発明の第１実施形態としての旋回フレーム構造の全体構成を示す分解斜視図である。 本発明の第１実施形態としての旋回フレーム構造が適用された旋回フレームの先組み状態を示す分解斜視図である。 本発明の第２実施形態としての旋回フレーム構造の構成を示す要部断面図である。

符号の説明

１ 旋回フレーム
２ メインフレーム
３ スカート（サイドフレーム）
４ａ，４ｂ，４ｄ，４ｅ 第１ブラケット（第１取付部）
５ａ，５ｂ，５ｄ，５ｅ 第２ブラケット（第２取付部）
６ａ，６ｂ，６ｄ，６ｅ 緩衝材（緩衝手段，連結手段）
４ｃ，５ｃ，６ｃ ボルト孔
７ ボルト（締着手段の一つ，連結手段）
８ ナット（締着手段の一つ，連結手段）

Claims (4)

1. 作業機械の下部走行体上に旋回装置を介して旋回可能に載架される上部旋回体の旋回フレーム構造であって、
   該旋回装置の旋回側に固設されたメインフレームと、
   該メインフレームに並設されたサイドフレームと、
   該メインフレームの、該サイドフレームと該メインフレームとの並設部に略水平に延設された第１取付部と、
   該サイドフレームの、該並設部に略水平に延設された第２取付部と、
   弾性変形により該第１取付部と該第２取付部との間で伝達される力を吸収する緩衝手段と、
   該第１取付部と該第２取付部との間に該緩衝手段を挟装しながら、該第１取付部と該第２取付部とを締着する締着手段とを備える
   ことを特徴とする、旋回フレーム構造。
2. 該第１取付部及び該第２取付部は、互いに上下方向に対向するとともに、
   該締着手段は、該第１取付部と該第２取付部とを鉛直方向に締着する
   ことを特徴とする、請求項１記載の旋回フレーム構造。
3. 該第１取付部及び該第２取付部がそれぞれ一対設けられ、
   該第１取付部又は該第２取付部のいずれか一方の一対の取付部が、該一対の取付部の間に他方の一対の取付部を介装するように配置される
   ことを特徴とする、請求項１又は２記載の旋回フレーム構造。
4. 該第１取付部は、該並設部から該サイドフレームが並設される方向へ略水平に延設されるとともに、
   該第２取付部は、該並設部から該メインフレームが並設される方向と逆方向へ略水平に延設され、
   該締着手段は、該並設部よりも該メインフレームが並設される方向と逆方向の位置において該第１取付部及び該第２取付部を締着する
   ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の旋回フレーム構造。

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