JP4657212B2 - 建設機械のキャブ - Google Patents

Description

本発明は、油圧ショベルや移動式クレーンなどの建設機械のキャブに関するものである。

一般に、油圧ショベルやクローラクレーンなどの建設機械では、走行機能を備える下部走行体の上に旋回機構を介して旋回フレームが設けられるとともに、旋回フレーム上に作業機およびキャブが設けられ、作業の状況に応じて旋回フレームを旋回させながら作業機を操作して掘削・揚重などの作業が行えるように構成されている。ここで、キャブは作業が効果的に行えるように、旋回フレーム上で作業機の取付基部に隣接した位置に設けられている。

ところで、これら建設機械のうち、とりわけ油圧ショベルは、その作業に際して平坦な場所に限らず、不整地や傾斜地など不安定な場所で作業を行うことが多い。そのために、この不安定な場所での作業においては、不測の外力を受けたり誤った操作によって油圧ショベルが転倒し、その転倒時の衝撃でキャブが変形することがある。そこで、このような転倒事故からキャブ内の運転席に着座しているオペレータを保護する構造が要求されている。この対策としては、キャブを保護するガードを外部に設ける試みのほかに、キャブ全体を補強する方策が例えば特許文献１において提案されている。この特許文献１によって知られるものは、キャブを構成する主部材であるインナーパネルとアウターパネルとの間に形成された中空部に縦補強材を挿設して転倒負荷による変形を阻止するように構成されている。

このほかに、特許文献２には、車両の構成要部である構造物に衝突時の負荷を受けたとき、局部的に塑性変形容易な構造部材を付加し、衝撃による負荷を局部での構造部材の変形によって吸収させることにより、運転者の保護を図るように構成したものが提案されている。

特開平１１−１６６２４７号公報 特開２００１−２６０７７３号公報

しかしながら、キャブの外部にガードを付設する構造は、特に落石などキャブの屋根部に上方からの落下物が直撃するのを防ぐには有効であるが、転倒負荷に対するには大掛かりになって搭載自重量が嵩むほか外観的にも好ましくないという問題点がある。また、特許文献１で知られるようにピラーを補強する構造では、変形阻止には有効であるが、構造が複雑になるのみならずキャブの重量が増加することになるという問題点がある。

一方、車両が転倒した場合、キャブには大きな横方向の外力が作用することになり、急激な横荷重を受ける。このような横荷重に対して、枠組構造にてなるキャブは、その上部（天井部）が最も押し潰され易い。もっとも、不測の事態に到っても保護機能が働いて内部のオペレータに危害が及ばない空間を確保できれば最悪の事態を免れることができる。そこで、従来のキャブの構造では、左右両側の部材を繋ぐ横繋ぎ部材を強化して変形を防いでおり、転倒荷重がこの横繋ぎ部材に作用したときに、オペレータに危害が及ばないように変形の方向をコントロールすることは考えられていなかった。

本発明は、このような問題点を解消するためになされたもので、転倒などでキャブに横方向の外力が作用して変形することがあっても、オペレータに対する保護空間を確保することのできる建設機械のキャブを提供することを目的とするものである。

前記目的を達成するために、本発明の建設機械のキャブは、
キャブの骨組を構成し、運転席の直上に位置する箇所で天井部に配される左右の各縦通部材間を連結する横部材を備える建設機械のキャブにおいて、
前記横部材に対する圧縮荷重作用時の座屈変形の起点となる切欠き部が、前記横部材を構成する形材の下部で、かつ前記形材の長手方向の両側の二箇所に形成されており、前記横部材が座屈変形する際に、一方の切欠き部では上方に、他方の切欠き部では下方に座屈してオペレータの保護空間が確保されるように構成されていることを特徴とするものである。

本発明において、前記横部材は、主部材とその主部材に一体に形成される補強部材とにより構成されるのが良い。その場合、前記切欠き部は前記補強部材に設けることができる。また、前記横部材は、台形状の閉断面形状のボックス構造であるのが良い。また、前記横部材は、下方を開放された断面台形状の主部材と、この主部材の台形状の溝部分を覆うように溶接される第１の補強部材と、この第１の補強部材の長手方向の中央部上面に溶接される第２の補強部材とにより構成されるのが良い。さらに、前記横部材は下方に開放した形材で形成されているのが良い。また、前記横部材は、主部材と、この主部材の両側の端部部分とに分割形成され、前記主部材と各端部部分とが接合部において溶接接合にて一体化されるとともに、前記接合部に合わせて前記切欠き部が設けられる構成とすることもできる。

本発明によれば、不測の事態で転倒負荷がキャブの側方から作用した場合、その転倒負荷で生じる圧縮力がキャブを構成する骨組に配される横部材に作用すると、その横部材には予め設けられている切欠き部において応力集中が生じて変形し、この変形によって作用する外力が吸収されることになる。しかしながら、前記切欠き部は、前記横部材を構成する形材の下部で、かつ前記形材の長手方向の両側の二箇所に形成されているので、切欠き部から横部材が変形してもその変形位置が運転席に着座するオペレータの位置から外れることになり、オペレータにはなんら影響を与えることはなく、キャブ内でのオペレータの保護空間を確保することができる。また、正常時には横部材としての機能を発揮し、急激な圧縮外力を受けたときには応力を効果的に働かせて座屈変形させることにより外力を吸収させることができる。

また、前記横部材を、主部材とその主部材に一体に形成される補強部材とにより構成した場合、または台形状の閉断面形状のボックス構造とした場合、または下方を開放された断面台形状の主部材と、この主部材の台形状の溝部分を覆うように溶接される第１の補強部材と、この第１の補強部材の長手方向の中央部上面に溶接される第２の補強部材とにより構成した場合には、断面強度が高められるので、大きな横荷重を受けるようなことがあっても耐久力を確保することができる。また、横部材を下方に開放した形材で形成することで、簡単な断面構造にして急激な外力の吸収機能を発揮させることができる。また、前記横部材を、主部材と各端部部分とを接合部において溶接接合するとともに、接合部に合わせて切欠き部を設ける構成とすることで、接合部に応力を集中させて座屈変形させることができる。

本発明の第１の実施形態に係る油圧ショベルのキャブの部分側面図 第１の実施形態におけるキャブの骨組構造を表わす斜視図 第１の実施形態におけるキャブの上部に配される繋ぎ部材の斜視図 キャブ変形時の態様を表わす模式図 本発明の第２の実施形態に係る繋ぎ部材の全体斜視図（ａ）と（ａ）のＡ−Ａ断面図（ｂ） 本発明の第３の実施形態に係る繋ぎ部材の要部斜視図（ａ）と（ａ）のＺ視図（ｂ） 本発明の第４の実施形態に係る繋ぎ部材の全体斜視図（ａ）と（ａ）のＢ−Ｂ断面図（ｂ） 本発明の第５の実施形態に係る繋ぎ部材の全体斜視図

符号の説明

１０ キャブ
１１，１２ 縦支持部材
１３ 縦通部材
１５ 前部繋ぎ部材
１６ 後部繋ぎ部材
１８ 後部中間部繋ぎ部材
２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ 中間部繋ぎ部材
２１ 主部材
２１ａ 溝部分
２４ 側辺部
２５，２５Ａ，２５Ｂ 切欠き部
２６ 補強リブ
２７，２８ 補強部材
３０ａ、３０ｂ 端部部分
３１ａ，３１ｂ 接合部
４０ オペレータ

次に、本発明による建設機械のキャブの具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

（第１の実施形態）
図１には、本発明の第１の実施形態に係る油圧ショベルの部分側面図が示されている。また、図２には、本実施形態の油圧ショベルにおけるキャブの骨組構造を表わす斜視図が示され、図３には、キャブの上部に配される繋ぎ部材の斜視図が示されている。

本実施形態において、油圧ショベル１は、図１に示されるように、下部走行体２と、この下部走行体２上に旋回機構を介して取り付けられる旋回フレーム３と、この旋回フレーム３の上面前部に基端部が枢支される作業機４と、前記旋回フレーム３上で前記作業機４の基端部枢支位置に隣接配置されるキャブ１０とを備えて構成されている。前記作業機４は旋回フレーム３に基端部が枢支されるブーム５と、このブーム５の先端部に基端部が枢着されるアーム（図示せず）と、このアームの先端部に枢着される掘削バケットなどの作業アタッチメント（図示せず）を備え、前記ブーム５がブームシリンダ６によって起伏され、前記アームがブーム５に取り付くアームシリンダによって、また作業アタッチメントがアームに取り付くアタッチメント用の油圧シリンダによってそれぞれ上下に揺動されて、作業アタッチメントにて所要の作業ができるようにされている。また、前記キャブ１０は、その室内にオペレータが乗り込んで、前記作業機４の操作と下部走行体２の操縦を行えるようにされている。

前記キャブ１０は、オペレータの視界性を良くするために、前面はもちろん作業機４側にも大きな窓を有している。前記キャブ１０の骨組構造としては、図２に示されるように、強度部材として、前部の左右に前部縦支持部材（前部支柱）１１，１１がそれぞれ配されるとともに、後部の左右に後部縦支持部材（後部支柱）１２，１２がそれぞれ配され、これら前部縦支持部材１１および後部縦支持部材１２の上端部が縦通部材１３，１３にて連結され、前部縦支持部材１１および後部縦支持部材１２の下端部が下部連結部材１４，１４によって連結されている。また、左右の前部縦支持部材１１，１１間は前部繋ぎ部材（横部材）１５にて連結され、左右の後部縦支持部材１２，１２間は後部繋ぎ部材（横部材）１６にて連結され、左右の縦通部材１３，１３間は前部繋ぎ部材１５と後部繋ぎ部材１６の中間部に配される上部中間部繋ぎ部材（横部材）２０にて連結されている。さらに、左側の縦通部材１３と左側の下部連結部材１４のそれぞれの中間部には中間支柱１７が立設されており、また左右の後部縦支持部材１２，１２のそれぞれの中間部は後部中間部繋ぎ部材（横部材）１８にて連結されている。そして、このような骨組構造の外側面は、窓部を除いて外装板で覆われ、全体の剛性が高められた構造となっている。

本実施形態では、前述のような骨組構造に枠組み形成にするにあたり、天井部の略中央部に配される上部中間部繋ぎ部材（以下、単に「繋ぎ部材」という。）２０として、図３にて示されるような形状のものが使用される。すなわち、この繋ぎ部材２０は、鋼板を曲げ加工して形成されてなり、下方を開放された断面台形形状の主部材２１と、この主部材２１の一方の側辺部２２の下端を水平方向に屈曲して水平部分２３を形成するとともに、この水平部分２３の長手方向の両端部に主部材２１と反対方向に延びる延長部２３ａを形成し、この延長部２３ａの先端がさらに適宜長さ下方に向けて屈曲形成してなる形状のものである。
前記繋ぎ部材２０の水平部分２３と反対側の側辺部２４には、長手方向の両端部から適宜寸法中央部寄りの位置の下部に円弧状の切欠き部２５が設けられている。この切欠き部２５は、その最深部を横断する方向の断面係数が他の部分の断面係数に対して急激に小さくなることによって曲げ応力が大きくなる部位となる。この切欠き部２５が、後述するようにキャブ１０の上部に大きな横荷重Ｐ（図２参照）を受けた際の変形誘発部となる。なお、この変形誘発部は、単に断面積が小さくなる部分を言うのではなく、上下方向の荷重に対して曲げ応力が最も大きくなることによって繋ぎ部材２０の変形に影響を与える部位を言う。また、前記切欠き部２５は、下端から所要寸法で円弧状に切り込んでおくのが好ましい。こうすると、通常時に外力を受けても集中力が作用しないので、当該部分で破損するのを予防できる。

このように形成される繋ぎ部材２０は、組立状態で運転席の直上に位置する個所で左右の縦通部材１３，１３に両端部を溶接されて取り付けられる。この状態で前記繋ぎ部材２０の水平部分２３が天窓形成部１９の後部縁を形成することになる。なお、天井部を構成する左右の縦通部材１３，１３は、前面窓部の上部位置に配される前部繋ぎ部材１５と、縦通部材１３，１３の後端部に配される後部繋ぎ部材１６とによって相互に一体化され、これら各部材を骨格として、この骨格に図示されない外装板が取り付けられて屋根部が形成され、天井面には図示されない内装板が取り付けられる。

このように各部材を用いて骨格を形成されるキャブ１０にあっては、不測の事態で転倒してキャブ１０の上部に大きな横荷重Ｐ（図２参照）を受けた場合、前記繋ぎ部材２０にはねじれ以外に大きな軸方向の外力が作用する。この外力による応力は主部材２１の一部に形成されている切欠き部２５，２５に集中して、その切欠き部２５において座屈変形し、加えられたエネルギーが一挙に吸収され、それ以上の破壊を阻止することができる。この繋ぎ部材２０が座屈変形する際に、前記切欠き部２５，２５が設けられているので、許容限界を超える圧縮荷重が作用すると、切欠き部２５を起点として変形し座屈する。座屈変形した繋ぎ部材２０は、切欠き部２５が幅方向（繋ぎ部材２０の長さ方向）の両側の二箇所に設けられているので、図４に示されるように、一方の切欠き部２５では上方に、他方の切欠き部２５では下方に座屈してそれらの間にある主部材２１の形状が保持され、従来構造のように変形することはない。したがって、この繋ぎ部材２０が運転席に着座しているオペレータ４０の頭上位置に配されていても、オペレータ４０の保護空間を確保することができる。

なお、このキャブ１０における繋ぎ部材２０は、通常状態においては他の繋ぎ部材１５，１６と協働して定常状態を維持し、なんら支障を来たすことはない。また、繋ぎ部材２０は、前記転倒による横荷重で切欠き部２５にて変形する際、その切欠き部２５は主部材２１の片側の側辺部２４に設けられていて、その反対側の水平部分２３は主部材２１に対して水平に屈曲された構造をしているので、衝撃的な外力によって座屈変形しても主部材２１が破断することはなく、所期の目的を達成することができる。

（第２の実施形態）
図５には、本発明の第２の実施形態に係る繋ぎ部材の全体斜視図（ａ）と（ａ）のＡ−Ａ断面図（ｂ）が示されている。本実施形態の繋ぎ部材２０Ａは、基本構成において前記実施形態のものと同様であって、補強部材を備えている点で構成を異にするものである。したがって、前記実施形態と共通する部分には、同一の符号を付してその詳細な説明を省略することとする。

本実施形態の繋ぎ部材２０Ａは、主部材２１の上面壁の下面に、溝部分２１ａの長手方向全長にわたり補強リブ２６が溶接により一体に形成されたものである。また、この構造の繋ぎ部材２０Ａにおける変形誘発部としては、前記実施形態と同様、側辺部２４における長手方向の両端部から適宜寸法中央部寄りの位置の下部に切欠き部２５が二箇所に設けられている。なお、前記実施形態と同様、これら切欠き部２５は円弧状に設けるのが好ましい。

本実施形態の繋ぎ部材２０Ａを備えるキャブ１０によれば、前記実施形態における繋ぎ部材２０よりも補強リブ２６が付加されて断面強度が高められているので、大きな横荷重を受けるようなことがあっても耐久力が確保できる。そして、より大きな外力を受けた場合、切欠き部２５が設けられた変形誘発部に応力集中して、その切欠き部２５において座屈変形し、加えられたエネルギーが一挙に吸収され、それ以上の破壊を阻止することができる。繋ぎ部材２０Ａが座屈変形する際に、側辺部２４の下部には変形誘発部としての切欠き部２５が設けられているので、許容限界を超える圧縮荷重が作用すると、切欠き部２５を起点として変形し座屈する。なお、切欠き部２５が二箇所に設けられているので、その一方の切欠き部２５で座屈変形するのとほとんど同時に他方の切欠き部２５においても平衡力が崩れて座屈変形し、概ね図４に示されるように、それら切欠き部２５間にある主部材２１の形状が保持される。したがって、この繋ぎ部材２０Ａが運転席の上方に配されていても、オペレータ４０の保護空間を確保する働きをすることになる。

なお、本実施形態では主部材２１に切欠き部２５を設けたものを説明したが、主部材２１ではなく補助部材としての補強リブ２６に切欠き部を設けるようにしても良い。勿論、主部材２１と補強リブ２６の両方に設けるようにしても良い。

（第３の実施形態）
図６には、本発明の第３の実施形態に係る繋ぎ部材の要部斜視図（ａ）と（ａ）のＺ視図（ｂ）が示されている。

本実施形態の繋ぎ部材２０Ｂは、主部材２１の一方の側辺部２２を途中から水平方向に屈曲して水平部分２３を形成するとともに、この水平部分２３の下面に、主部材２１の他方の側辺部２４の脚端から折り曲げ延長した端部２８上面を溶接し、台形状の閉断面形状のボックス構造にしたものである。この構造の繋ぎ部材２０Ｂにおける切欠き部２５Ａは、長手方向の両端部から適宜寸法中央部寄りの位置の下部に二箇所（図では片側のみを示す。）設けられている。

このように構成される繋ぎ部材２０Ｂを備えるキャブ１０によれば、板材で形成される主部材２１が板材の折り曲げによるボックス構造にされているので、断面強度が高められ、大きな横荷重に対する耐久力を確保することができる。そして、転倒などによって、より大きな外力を受けた場合、切欠き部２５Ａが設けられた変形誘発部に応力が集中して、その切欠き部２５Ａにおいて座屈変形し、加えられたエネルギーが一挙に吸収され、それ以上の破壊を阻止することができる。この実施形態においても、前記各実施形態と同様にオペレータの保護空間が確保される。なお、この実施形態では主部材２１部分がボックス構造とされるので、ねじれに対しても強度を高めることができて変形を阻止する。

（第４の実施形態）
図７には、本発明の第４の実施形態に係る繋ぎ部材の全体斜視図（ａ）と（ａ）のＢ−Ｂ断面図（ｂ）が示されている。本実施形態の繋ぎ部材２０Ｃについても、第１の実施形態と共通する部分には、図に同一の符号を付してその詳細な説明を省略することとする。

本実施形態の繋ぎ部材２０Ｃは、主部材２１に対して、その台形状の溝部分を長手方向に覆うように、平板の第１の補強部材２７が溶接され、かつその第１の補強部材２７の長手方向の中央部上面に第２の補強部材２８が溶接されて構成されている。また、この構造の繋ぎ部材２０Ｃにおける変形誘発部としては、側辺部２４における長手方向の両端部から適宜寸法中央部寄りの位置の下部に切欠き部２５Ｂが二箇所に設けられている。なお、この切欠き部２５Ｂの形状は先の実施形態のものに比べて、その深さが浅く形成されている。また、前記第１の補強部材２７に対して、第２の補強部材２８は、厚みが厚く形成されている。本実施形態においても、前記第３の実施形態と同様、第１の補強部材２７によって台形状に鋼板を屈曲形成された主部材２１部分はボックス構造になっているのでその強度が高められることになる。

本実施形態の繋ぎ部材２０Ｃを備えるキャブ１０によれば、主部材２１部分が平板の第１の補強部材２７によってボックス構造に補強されて断面強度が高められているので、大きな横荷重を受けるようなことがあっても耐久力が確保できる。しかも、ボックス構造にされるので、ねじれに対しても強度を高めて変形を阻止することができる。また、特に主部材２０の中央部が第２の補強部材２８によって補強されているので、この中央部の強度がより高められる。そして、転倒などによって、より大きな外力を受けた場合、切欠き部２５Ｂが設けられた変形誘発部に応力が集中して、その切欠き部２５Ｂにおいて座屈変形し、加えられたエネルギーが一挙に吸収され、それ以上の破壊を阻止することができる。この実施形態においても、前記実施形態と同様にオペレータの保護空間が確保される。

（第５の実施形態）
図８には、本発明の第５の実施形態に係る繋ぎ部材の全体斜視図が示されている。本実施形態の繋ぎ部材２０Ｄについても、第１の実施形態と共通する部分には、図に同一の符号を付してその詳細な説明を省略することとする。

本実施形態の繋ぎ部材２０Ｄは、主部材２１と、この主部材２１の両側の端部部分３０ａ，３０ｂとに分割形成され、これら主部材２１と端部部分３０ａ，３０ｂとが別材質にて形成され、各部分２１，３０ａ，３０ｂが接合部３１ａ，３１ｂにおいて溶接接合にて一体化されて構成されている。ここで、主部材２１と端部部分３０ａ，３０ｂとはそれぞれ降伏点の異なる材料により形成され、主部材２１の方が端部部分３０ａ，３０ｂよりも降伏点の高い材料が用いられる。また、図示されていないが、接合部３１ａ，３１ｂに合わせて切欠き部が設けられる。

本実施形態の繋ぎ部材２０Ｄを備えるキャブ１０によれば、主部材２１が端部部分３０ａ，３０ｂに比べて降伏点の高い材料にて形成されているので、主部材２１の断面強度が高められ、大きな横荷重を受けるようなことがあっても耐久力が確保できる。そして、転倒などによって、より大きな外力を受けた場合、主部材２１と端部部分３０ａ，３０ｂとの境界部である接合部３１ａ，３１ｂとそれに合わせて設けられた切欠き部が変形誘発部となってその接合部３１ａ，３１ｂに応力が集中して座屈変形する。こうして、前記実施形態と同様にオペレータの保護空間が確保される。

本実施形態においては、主部材２１と端部部分３０ａ，３０ｂとを別材質にて形成したものを説明したが、これら主部材２１と端部部分３０ａ，３０ｂとは同一材質にて形成して接合部３１ａ，３１ｂにおいて溶接接合するようにしても良い。このようにした場合にも、大きな横荷重を受けた場合に、溶接による接合部３１ａ，３１ｂが変形誘発部となって座屈変形させることができる。

また、本実施形態においては、主部材２１と端部部分３０ａ，３０ｂとを溶接接合するものについて説明したが、これ以外に、接着剤による接合、ボルト・ナットによる接合であっても良い。

前記実施形態では、前部縦支持部材１１，１１と後部縦支持部材１２，１２の上端部を縦通部材１３，１３にて連結してなる骨組構造のキャブについて説明したが、本発明は、その他、前部縦支持部材と縦通部材が一体成形された骨組構造のものや、前部縦支持部材と縦通部材と後部縦支持部材とが全て一体成形された骨組構造のものに対しても適用できることは言うまでもない。

前記各実施形態のキャブは、油圧ショベルに搭載されるものについて説明したが、本発明の趣旨に則すれば、これに限定されるものではなく、その他の建設機械、例えばホイルローダ，クローラクレーン，ブルドーザなどに適用することも可能である。

Claims (7)

1. キャブの骨組を構成し、運転席の直上に位置する箇所で天井部に配される左右の各縦通部材間を連結する横部材を備える建設機械のキャブにおいて、
   前記横部材に対する圧縮荷重作用時の座屈変形の起点となる切欠き部が、前記横部材を構成する形材の下部で、かつ前記形材の長手方向の両側の二箇所に形成されており、前記横部材が座屈変形する際に、一方の切欠き部では上方に、他方の切欠き部では下方に座屈してオペレータの保護空間が確保されるように構成されていることを特徴とする建設機械のキャブ。
2. 前記横部材は、主部材とその主部材に一体に形成される補強部材とにより構成される請求項１に記載の建設機械のキャブ。
3. 前記切欠き部は前記補強部材に設けられる請求項２に記載の建設機械のキャブ。
4. 前記横部材は、台形状の閉断面形状のボックス構造である請求項１に記載の建設機械のキャブ。
5. 前記横部材は、下方を開放された断面台形状の主部材と、この主部材の台形状の溝部分を覆うように溶接される第１の補強部材と、この第１の補強部材の長手方向の中央部上面に溶接される第２の補強部材とにより構成される請求項１に記載の建設機械のキャブ。
6. 前記横部材は、下方に開放した形材で形成されている請求項１に記載の建設機械のキャブ。
7. 前記横部材は、主部材と、この主部材の両側の端部部分とに分割形成され、前記主部材と各端部部分とが接合部において溶接接合にて一体化されるとともに、前記接合部に合わせて前記切欠き部が設けられる請求項１に記載の建設機械のキャブ。

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