JP4938637B2 - 平板材間の溶接継手および箱型構造体間の溶接継手 - Google Patents

Description

本発明は、例えば油圧ショベル等のブーム、アームまたはフレーム等のように複数の平板材からなる溶接構造物を製作するのに好適に用いられる平板材間の溶接継手および箱型構造体間の溶接継手に関する。

一般に、油圧ショベル等の建設機械に用いる作業装置のブームは、数メートル以上にも及ぶ長尺な箱型構造物として形成されるため、溶接作業を含めた製造工程に大変な手間がかかり、組立時の作業性を向上させることが大きな課題となっている。そして、この一環として、例えばブームを長さ方向で３分割した合計３つの箱型構造体として予め製作し、その後に各箱型構造物を前，後方向で互いに溶接により接合し、これによって長尺なブームを組立てる構成としたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

この場合、各箱型構造体は、合計４枚の平板材を互いに接合することにより四角形の閉断面構造に形成される。そして、このような箱型構造体を前，後方向で互いに突当てるようにして接合する場合、箱型構造体は内部が閉断面構造であるために、その内側から前，後の平板材の間を内面溶接等で接合することは困難となる。

このため、前，後の箱型構造体のうちいずれか一方の箱型構造体には、相手方の箱型構造体（平板材）との間で溶接継手を形成する溶接対象の平板材に予め裏当て材を接合しておき、この裏当て材と前，後の平板材との間に溶接用の開先部を形成した状態で、該開先部に箱型構造体の外側から溶接トーチ等を用いて溶接盛りを施すようにして溶接作業を行っている。

ところで、この場合の開先部は、裏当て材が一方の平板材にのみ接合され、相手方の平板材には、この裏当て材が単に当接または近接した位置に配置されるだけである。このため、前述の如く溶接盛りを開先部に施した状態でも、相手方の平板材の裏面側には、裏当て材との間に応力の集中し易い不溶着部が形成されることがある。

なお、このような不溶着部は、特に板厚が互いに異なる２つの板材間を裏当て材を用いて溶接により接合する場合に生じ易いものである（例えば、特許文献２参照）。

また、他の従来技術として、２つの板材を突合せ溶接する場合に、その溶接強度を高めるために各板材の突合せ端部を他の部分よりも厚肉に形成し、これらの厚肉部の間で２つの板材を溶接により接合する構成とした溶接継手が知られている（例えば、特許文献３参照）。

実開昭５８−５４４５６号公報 特開２００７−６２５３８ 特開２０００−６１６３５

ところで、上述した特許文献３による従来技術は、２つの板材を突合せ溶接するため両者の突合せ端部に厚肉部を予め形成し、この厚肉部の間で２つの板材を溶接により接合する構成としている。このため、溶接継手部の強度を高めることはできるが、過剰設計となり易く、製作コストが嵩む等の問題がある。

即ち、板材間の突合せ端部に厚肉部を形成するためには、突合せ端部を他の部分よりも厚肉に予め形成した特別な板材を用意する必要があり、板材の材料コストが嵩む。また、このような段付きの板材を形成するためには、高度な技術が要求され、製作コストも高くなってしまう。

また、板材間の突合せ端部に形成する厚肉部は、板厚を厚くすればするほど強度アップを図ることは可能である。しかし、板厚を余分に厚くすると過剰設計となって、箱型構造物全体の重量が大きくなり、材料費も高くなってしまう。

さらに、従来技術による溶接継手では、裏当て材を片方の板材にのみ接合した場合に、相手方の板材との間に裏面側で不溶着部が形成されると、この不溶着部の位置で応力集中が発生し易くなり、このような応力集中を緩和するための対策が不十分であるという問題がある。

本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、裏当て材を用いて平板材の裏面側に不溶着部が形成される場合でも、応力の集中を容易に緩和することができ、材料費や製作コスト等を確実に低減することができるようにした平板材間の溶接継手および箱型構造体間の溶接継手を提供することにある。

上述した課題を解決するため、本発明は、少なくとも２枚の平板材と、該各平板材のうちいずれか一方の平板材の裏面側に接合して設けられた裏当て材と、前記各平板材を互いに対向する端面に沿って溶接により接合するため該裏当て材と各平板材との間に形成された溶接用の開先部と、該開先部に前記各平板材の外表面側から溶接盛りを施して形成される溶接ビード部とからなる平板材間の溶接継手に適用される。

そして、請求項１の発明が採用する構成の特徴は、前記各平板材のうち少なくとも一方の平板材には、その外表面側を前記開先部に沿って延びると共に前記溶接ビード部よりも平板材の板厚方向に突出して形成された凸形状の突起部を設け、該突起部は、前記裏当て材と平板材との間に形成される不溶着部を基準として予め決められた位置に配置する構成としたことにある。

また、請求項２の発明によると、前記突起部は、前記開先部に近い方の端部が前記不溶着部の位置から平板材の板厚に対し１／２以上で１．５倍以下となる距離だけ、前記平板材の長さ方向に離間した位置に配設する構成としている。

また、請求項３の発明によると、前記突起部は、前記平板材の外表面に溶接手段で接合された別体の板材により構成している。

一方、請求項４の発明によると、前記突起部は、前記平板材の外表面側に肉盛溶接を施すことにより構成している。

さらに、請求項５の発明は、複数の平板材を溶接して閉断面構造をなすように形成された複数の箱型構造体と、該各箱型構造体のうちいずれか一方の箱型構造体に設けられ前記平板材の裏面側に接合された裏当て材と、前記各箱型構造体を互いに対向する端面に沿って溶接により接合するため該裏当て材と各平板材との間に形成された溶接用の開先部と、該開先部に前記各箱型構造体の外表面側から溶接盛りを施して形成される溶接ビード部とからなる箱型構造体間の溶接継手に適用される。

そして、請求項５の発明が採用する構成の特徴は、前記各箱型構造体のうち少なくとも一方の箱型構造体の平板材には、その外表面側を前記開先部に沿って延びると共に前記溶接ビード部よりも平板材の板厚方向に突出して形成された凸形状の突起部を設け、該突起部は、前記裏当て材と平板材との間に形成される不溶着部を基準として予め決められた位置に配置する構成としたことを特徴とする構成としたことにある。

上述の如く、請求項１に記載の発明によれば、溶接対象の各平板材のうち少なくとも一方の平板材の外表面側に設けた凸形状の突起部は、裏当て材と平板材との間に形成される不溶着部を基準として予め決められた位置に配置する構成としているので、例えば各平板材間に付加される引張り荷重等の外力により平板材の裏面側に発生する応力が、裏当て材と平板材との間の不溶着部の位置で集中するのを、外表面側に設けた凸形状の突起部により緩和することができ、外力に対する溶接継手の強度を容易に高めることができる。

しかも、凸形状の突起部は、平板材の外表面側に肉盛りを施すように追加して設けることができるため、例えば一方の平板材に裏当て材を接合する前、または接合した後に凸形状の突起部を設けることもでき、あるいは溶接用の開先部に溶接盛りを施した後（製品としての出荷後も含む）にも突起部を平板材の外側面に設けることができる。これにより、不溶着部における応力集中の緩和対策を低コストで、平板材の外表面側から容易に行うことができ、その作業性を確実に向上することができる。

また、請求項２の発明によると、凸形状の突起部は、開先部に近い方の端部が不溶着部の位置から平板材の板厚に対し１／２以上で１．５倍以下となる距離だけ、前記平板材の長さ方向に離間した位置に配設する構成としている。これにより、平板材の裏面側に生じる応力が、裏当て材と平板材との間の不溶着部の位置で集中するのを良好に緩和することができ、外力に対する溶接継手の強度を高めることができる。

また、請求項３の発明は、平板材の外表面に溶接手段で接合された別体の板材により凸形状の突起部を構成することができ、当該突起部の形成作業を平板材の外側から容易に行うことができる。

一方、請求項４の発明は、平板材の外表面に肉盛溶接を施すことにより凸形状の突起部を容易に形成することができ、例えば溶接用の開先部に溶接盛りを施す前、または溶接盛りを施した後に、このときの溶接トーチを用いて突起部の形成作業を平板材の外側から容易に行うことができる。

さらに、請求項５の発明は、複数の平板材を溶接して閉断面構造をなすように形成された複数の箱型構造体を互いに対向する端面に沿って溶接により接合する場合に、溶接対象の各箱型構造体のうち少なくとも一方の箱型構造体の平板材に対し、その外表面側に凸形状の突起部を設けることにより、平板材の裏面側に生じる応力が、裏当て材と平板材との間の不溶着部の位置で集中するのを緩和することができ、各箱型構造体間の溶接継手を外力に対して十分な強度をもって形成することができる。しかも、閉断面構造をなす箱型構造体の外側面には、凸形状の突起部を容易に形成することができ、その作業性を高めることができる。

以下、本発明の実施の形態による平板材間の溶接継手および箱型構造体間の溶接継手を、油圧ショベルのブームに適用した場合を例に挙げ、添付図面に従って詳細に説明する。

ここで、図１ないし図１１は本発明の第１の実施の形態を示している。図中、１は建設機械としての油圧ショベルで、該油圧ショベル１は、図１に示すように自走可能なクローラ式の下部走行体２と、該下部走行体２上に旋回可能に搭載された上部旋回体３と、後述の作業装置８とにより大略構成されている。

この場合、油圧ショベル１の上部旋回体３は、下部走行体２と共に建設機械の車体を構成するものである。そして、下部走行体２は、図１中に示す如くトラックフレーム２Ａを有している。また、上部旋回体３は、後述の旋回フレーム４、キャブ５、カウンタウエイト６および建屋カバー７等により構成されている。

４は上部旋回体３のフレームを構成する旋回フレームを示し、該旋回フレーム４は、その前側に後述の作業装置８が俯仰動可能に取付けられ、後側には後述のカウンタウエイト６が取付けられている。

５は旋回フレーム４の前部左側に配設された運転室を構成するキャブで、該キャブ５内には、オペレータが着席する運転席、操作レバー、走行用レバーまたはペダル（いずれも図示せず）等が配設されている。

６は旋回フレーム４の後端側に設けられたカウンタウエイトで、該カウンタウエイト６は、旋回フレーム４の後端側に着脱可能に搭載され、前側の作業装置８に対して上部旋回体３全体の重量バランスをとるものである。また、カウンタウエイト６の前側には、エンジン（図示せず）等を収容する後述の建屋カバー７が設けられている。

７はキャブ５とカウンタウエイト６との間に位置して旋回フレーム４上に立設された建屋カバーで、該建屋カバー７は、例えば薄い鋼板からなる複数枚の金属パネル等を用いて建屋構造に形成され、内部にエンジン等を収容する機械室（図示せず）を画成するものである。

８は上部旋回体３の前部に俯仰動可能に設けられた作業装置で、該作業装置８は、後述のブーム１１と、ブーム１１の先端側に俯仰動可能に取付けられたアーム９と、例えば土砂等の掘削作業を行うため該アーム９の先端側に回動可能に設けられた作業具としてのバケット１０とにより大略構成されている。

そして、作業装置８のブーム１１は、後述のブームシリンダ１１Ａにより旋回フレーム４に対して上，下に俯仰動され、アーム９は、ブーム１１の先端側でアームシリンダ９Ａにより上，下に俯仰動される。また、作業具としてのバケット１０は、アーム９の先端側でバケットシリンダ１０Ａにより上，下に回動されるものである。

ここで、作業装置８のアーム９は、後述のブーム１１とほぼ同様に横断面が四角形の閉断面構造をなす箱型構造物（作業腕）として形成される。また、下部走行体２のトラックフレーム２Ａについても箱型構造物（溶接構造物）として形成されるものである。しかし、本実施の形態にあっては、箱型構造物として後述のブーム１１を例に挙げて説明する。

１１は作業装置８の作業腕を構成するブームで、該ブーム１１は、図１に示すように長尺な箱型構造物として形成され、ブームシリンダ１１Ａにより旋回フレーム４に対して上，下に俯仰動されるものである。そして、ブーム１１は、図２、図３、図６に示すように長さ方向で３分割される合計３つの箱型構造体（後述の中央ブーム部１２、一側ブーム部１６および他側ブーム部２０）により構成されている。

１２はブーム１１の一部を構成する箱型構造体としての中央ブーム部で、該中央ブーム部１２は、図４に示すように左，右のウェブ板１３，１３と、該各ウェブ板１３の上，下両端側に溶接により接合された上，下のフランジ板１４，１５とから横断面が四角形の閉断面構造をなす箱型構造体として構成されている。そして、ブーム１１の素材となる左，右のウェブ板１３，１３と上，下のフランジ板１４，１５とは、例えば鋼板等の平板材を用いてそれぞれ形成されている。

ここで、中央ブーム部１２は、各ウェブ板１３および上，下のフランジ板１４，１５が後述の一側ブーム部１６と他側ブーム部２０とにそれぞれ後述の如く溶接され、これにより図２、図３に示す長尺なブーム１１を、箱型の溶接構造物として形成するものである。そして、中央ブーム部１２の各ウェブ板１３は、後述する一側ブーム部１６のウェブ板１７、他側ブーム部２０のウェブ板２１よりも僅かに厚い平板材（図７に示す板厚ｔ）が通常は使用されている。

この場合、上，下のフランジ板１４，１５は、図６に示す如く長さ方向両端側の端部１４Ａ，１４Ｂと端部１５Ａ，１５Ｂとを左，右のウェブ板１３に対し、その長さ方向で後退，突出させるように位置をずらして設け、一側ブーム部１６と他側ブーム部２０とに対する溶接面積を拡大する構成としている。

また、中央ブーム部１２には、ブームシリンダ１１Ａ（図１参照）の先端側をピン結合（連結）するためのボス部１２Ａが各ウェブ板１３に溶接して設けられている。また、上側のフランジ板１４には、アームシリンダ９Ａ（図１参照）の基端側をピン結合（連結）するためのブラケット部１２Ｂが端部１４Ｂ側寄りの位置に溶接して設けられている。

また、ウェブ板１３の長さ方向両端側の端面には、例えば図７に示すように後述の開先部２６を略Ｖ字状をなして形成するために傾斜面１３Ａが設けられている。そして、この点は、後述の溶接継手３２側でも同様である。また、上，下のフランジ板１４,１５にも、夫々の溶接部位には略Ｖ字状の開先部（図示せず）を形成するために同様の傾斜面（図示せず）が設けられる。

１６は中央ブーム部１２の一側に接合して設けられる一側ブーム部を示し、該一側ブーム部１６は、中央ブーム部１２とほぼ同様に、それぞれ平板材からなる左，右のウェブ板１７，１７と上，下のフランジ板１８，１９とを用いることにより、四角形の閉断面構造をなす箱型構造体として構成されている。そして、一側ブーム部１６の基端側には、旋回フレーム４（図１参照）に対してブーム１１をピン結合（連結）するためのボス部１６Ａが設けられている。

この場合、上，下のフランジ板１８，１９は、図６に示すようにボス部１６Ａとは反対側の端部１８Ａ，１９Ａを左，右のウェブ板１７に対し、その長さ方向で突出，後退させるように位置をずらして配設され、これにより、一側ブーム部１６を中央ブーム部１２に接合するときの溶接面積を拡大する構成としている。

また、ウェブ板１７の長さ方向端部の端面には、図７に示すように略Ｖ字状をなす後述の開先部２６を形成するために傾斜面１７Ａが設けられている。そして、この点は、他の溶接部位でも同様であり、例えば上，下のフランジ板１８,１９にも、夫々の溶接部位には略Ｖ字状の開先部（図示せず）を形成するために同様の傾斜面（図示せず）が設けられる。

２０は中央ブーム部１２の他側に接合して設けられる他側ブーム部を示し、該他側ブーム部２０は、中央ブーム部１２とほぼ同様に、それぞれ平板材からなる左，右のウェブ板２１，２１と上，下のフランジ板２２，２３とを用いることにより、四角形の閉断面構造をなす箱型構造体として構成されている。そして、他側ブーム部２０の先端側には、アーム９（図１参照）をブーム１１に対してピン結合（連結）するためのブラケット部２０Ａが設けられている。

この場合、上，下のフランジ板２２，２３は、図６に示すようにブラケット部２０Ａとは反対側の端部２２Ａ，２３Ａを左，右のウェブ板２１に対し、その長さ方向で後退，突出させるように位置をずらして配設され、これにより、他側ブーム部２０を中央ブーム部１２に接合するときの溶接面積を拡大できる構成としている。

２４は本実施の形態で採用した中央ブーム部１２と一側ブーム部１６との間の溶接継手で、該溶接継手２４は、中央ブーム部１２のウェブ板１３と相手方（一側ブーム部１６）のウェブ板１７とを溶接により接合するもので、後述の裏当て材２５、開先部２６、溶接ビード部２７および突起部２９，３０等を含んで構成されている。

２５は溶接継手２４の一部を構成する裏当て材で、該裏当て材２５は、例えば図５、図６に示すように基端側がウェブ板１３の裏面側に溶接部２５Ａにより接合され、その先端側２５Ｂは、相手方のウェブ板１７側に向けて延びている。そして、裏当て材２５の先端側２５Ｂは、相手方となるウェブ板１７の端部を裏面側から覆い、ウェブ板１７の裏面との間には小さな隙間が形成されている。この場合、ウェブ板１７と裏当て材２５との間の隙間は、ウェブ板１３，１７間の板厚差によって決められるもので、板厚差を小さくすれば隙間も小さくできるものである。

このため、裏当て材２５は、ウェブ板１３，１７のうち板厚の大きい方に溶接され、板厚が薄い相手方のウェブ板には、その裏面側を覆うように配置される。そして、中央ブーム部１２のウェブ板１３と一側ブーム部１６のウェブ板１７とは、図５〜図７に示すように両者の端面を互いに突合せるようにして後述の開先部２６が形成され、裏当て材２５は、開先部２６の裏面（底部）側を形成するものである。

２６はウェブ板１３,１７間に裏当て材２５を介して形成された溶接用の開先部で、該開先部２６は、図７に示すようにウェブ板１３の傾斜面１３Ａとウェブ板１７の傾斜面１７Ａとの間に略Ｖ字状をなして形成され、裏当て材２５によって裏面側が覆われている。

２７は開先部２６に設けられた溶接ビード部で、該溶接ビード部２７は、図５、図７に示すようにウェブ板１３，１７の外側から溶接トーチ（図示せず）等を用いて開先部２６内に溶接盛りを施すことにより形成され、ウェブ板１３，１７間を接合する溶接継手２４を構成するものである。

２８は溶接ビード部２７により開先部２６の底部側に形成された不溶着部で、該不溶着部２８は、開先部２６内に溶接盛りを施して形成した溶接ビード部２７の一部（実際には溶接金属の一部）が、例えばウェブ板１７の裏面と裏当て材２５との間から溶出することにより形成されるものである。このため、不溶着部２８は不規則な形状を有し、例えば外力の作用でクラック、亀裂等が発生し易い箇所となる。

２９はウェブ板１３の外表面側に設けられた凸形状の突起部で、この突起部２９は、図５、図７に示すように鋼板等からなる長方形状の板材をウェブ板１３の外側面に溶接等の手段で接合（固着）することにより形成されている。そして、突起部２９の長さ寸法および幅寸法は、その厚さ寸法に比較して十分に大きい寸法に設定される。この場合、突起部２９は、図２〜図６に示す如く開先部２６に沿ってウェブ板１３の幅方向に延び、ウェブ板１３の板厚方向では溶接ビード部２７よりも外側に大きく突出している。

また、突起部２９は、図７に示すように開先部２６、溶接ビード部２７に近い方の端部２９Ａ（即ち、ウェブ板１３の外表面に接して固着された端部２９Ａ）が前述した不溶着部２８に対し、ウェブ板１３の長さ方向で距離ａだけ離間した位置に配設されている。そして、この場合の距離ａは、ウェブ板１３の板厚ｔに対して１／２以上で、１．５倍以下となる下記の範囲内に設定されるものである。

この場合、前記数１による範囲は、発明者等が鋭意研究した結果、得られた値である。そして、突起部２９は、ウェブ板１７の裏面側で裏当て材２５との間に不溶着部２８が形成される場合でも、該不溶着部２８の位置で応力集中等が発生するのを、後述する理由により緩和するものである。

３０はウェブ板１７の外表面側に設けられた他の突起部で、該突起部３０は、図５、図７に示すように鋼板等からなる長方形状の板材をウェブ板１７の外側面に溶接等の手段で接合（固着）することにより凸形状をなして形成されている。そして、突起部３０は、ウェブ板１３側の突起部２９とほぼ同様に構成され、図２〜図６に示す如く開先部２６に沿ってウェブ板１７の幅方向に延びている。

また、突起部３０は、図７に示すように開先部２６、溶接ビード部２７に近い方の端部３０Ａ（即ち、ウェブ板１７の外表面に接して固着された端部３０Ａ）が前述した不溶着部２８に対し、ウェブ板１７の長さ方向で距離ｂだけ離間した位置に配設されている。そして、この場合の距離ｂも、鋭意研究した結果、ウェブ板１３の板厚ｔに対して１／２以上で、１．５倍以下となる下記の範囲内に設定されるものである。

３１は中央ブーム部１２と一側ブーム部１６との間に設けた他の溶接継手で、該溶接継手３１は、図３に示すように中央ブーム部１２のフランジ板１４と相手方（一側ブーム部１６）のフランジ板１８とを夫々の端部１４Ａ，１８Ａ間で溶接により接合するものである。そして、フランジ板１４，１８（端部１４Ａ，１８Ａ）間の溶接継手３１は、ウェブ板１３，１７間の溶接継手２４とほぼ同様に、裏当て材、開先部および溶接ビード部（いずれも図示せず）等を含んで構成される。

しかし、この場合の溶接継手３１では、前記溶接継手２４で用いた突起部２９，３０が省略されている。但し、溶接継手３１の強度を高めるときには、これと同様の突起部を必要に応じて設ける構成としてもよいものである。また、中央ブーム部１２と一側ブーム部１６とは、下側のフランジ板１５，１９（端部１５Ａ，１９Ａ）間でもほぼ同様な溶接継手（図示せず）が設けられる。

これにより、中央ブーム部１２と一側ブーム部１６とは、予め四角形の閉断面構造をなす箱型構造体として形成した状態で、左，右のウェブ板１３,１７間が各溶接継手２４を用いて接合され、上側のフランジ板１４，１８間が溶接継手３１で接合され、下側のフランジ板１５，１９間も同様な溶接継手により接合されるものである。

３２は本実施の形態で採用した中央ブーム部１２と他側ブーム部２０との間の溶接継手を示している。そして、該溶接継手３２は、中央ブーム部１２のウェブ板１３と相手方（他側ブーム部２０）のウェブ板２１とを溶接により接合するもので、前述したウェブ板１３，１７間の溶接継手２４とほぼ同様に、後述の裏当て材３３、開先部（図示せず）、溶接ビード部３４および突起部３５，３６等を含んで構成されている。

３３は溶接継手３２の一部を構成する裏当て材で、該裏当て材３３は、前述した溶接継手２４の裏当て材２５とほぼ同様に構成されている。しかし、この場合の裏当て材３３は、例えば図６に示すように基端側がウェブ板１３の裏面側に接合され、その先端側が相手方のウェブ板２１側に向けて延びている。そして、裏当て材３３の先端側は、相手方となるウェブ板２１の端部を裏面側から覆い、ウェブ板１３，２１間に溶接用の開先部（図示せず）を形成するものである。

３４はウェブ板１３，２１間の開先部に設けられた溶接ビード部で、該溶接ビード部３４は、ウェブ板１３，２１の外側から溶接トーチ等を用いて前記開先部内に溶接盛りを施すことにより形成され、ウェブ板１３，２１間を接合する溶接継手３２を構成するものである。

３５，３６は溶接継手３２の一部を構成する凸形状の突起部で、該突起部３５，３６は、前述した溶接継手２４の突起部２９，３０とほぼ同様に構成され、図２、図３、図６に示すように鋼板等からなる長方形状の板材をウェブ板１３，２１の外側面に溶接等の手段で接合（固着）することにより形成されている。そして、突起部３５，３６は、例えばウェブ板２１の裏面側と裏当て材３３との間に不溶着部（図示せず）が形成された場合でも、この位置で応力集中等が発生するのを緩和するものである。

３７は中央ブーム部１２と他側ブーム部２０との間に設けた他の溶接継手で、該溶接継手３７は、図３に示すように中央ブーム部１２のフランジ板１４と相手方（他側ブーム部２０）のフランジ板２２とを夫々の端部１４Ｂ，２２Ａ間で溶接により接合するものである。そして、フランジ板１４，２２（端部１４Ｂ，２２Ａ）間の溶接継手３７は、前述したウェブ板１３，２１間の溶接継手３２とほぼ同様に、裏当て材、開先部および溶接ビード部（いずれも図示せず）等を含んで構成される。

しかし、この場合の溶接継手３７では、前記溶接継手３２で用いた突起部３５，３６が省略されている。但し、溶接継手３７の強度を高めるときには、これと同様の突起部を必要に応じて設ける構成としてもよいものである。また、中央ブーム部１２と他側ブーム部２０とは、下側のフランジ板１５，２３（端部１５Ｂ，２３Ａ）間でもほぼ同様な溶接継手（図示せず）が設けられる。

これにより、中央ブーム部１２と他側ブーム部２０とは、予め四角形の閉断面構造をなす箱型構造体として形成した状態で、左，右のウェブ板１３,２１間が各溶接継手３２を用いて接合され、上側のフランジ板１４，２２間が溶接継手３７で接合され、下側のフランジ板１５，２３間も同様な溶接継手により接合されるものである。

本実施の形態による油圧ショベル１は、上述の如き構成を有するもので、次にその作動について説明する。

まず、油圧ショベル１のキャブ５内に乗り込んだオペレータが、キャブ５内のレバー、ペダル（いずれも図示せず）等を操作し、建屋カバー７内の油圧ポンプ（図示せず）から吐出される圧油を下部走行体２に供給することにより、該下部走行体２の走行モータ等を駆動して車両を前，後進させる。

また、前記油圧ポンプからの圧油を各給排配管（図示せず）を介して作業装置８側に給排することにより、ブーム１１とアーム９を俯仰動させつつ、バケット１０を回動することによって土砂の掘削作業等を行うものである。

次に、作業装置８に用いるブーム１１の製造工程について説明するに、まず、ブーム１１を図６に示すように長さ方向で３分割される合計３つの箱型構造体として、中央ブーム部１２、一側ブーム部１６および他側ブーム部２０によりそれぞれ別々に製作する。

この場合、箱型構造体としての中央ブーム部１２は、図４に示すように左，右のウェブ板１３，１３と、該各ウェブ板１３の上，下両端側に溶接により接合された上，下のフランジ板１４，１５とから横断面が四角形の閉断面構造をなす箱型構造体として製作される。

また、一側ブーム部１６もこれと同様に、左，右のウェブ板１７，１７と上，下のフランジ板１８，１９とから四角形の閉断面構造をなすように形成され、他側ブーム部２０も、左，右のウェブ板２１，２１と上，下のフランジ板２２，２３とから同様に閉断面構造をなして形成される。

そして、中央ブーム部１２のウェブ板１３等には、例えば図６に示す如く裏当て材２５，３３を予め溶接して設けるようにする。また、ウェブ板１３，１７の外側面には、溶接継手２４の一部を構成する突起部２９,３０を設け、ウェブ板１３，２１の外側面には、溶接継手３２の一部を構成する突起部３５,３６を設ける。なお、これらの突起部２９，３０，３５，３６等は、溶接ビード部２７,３４を形成した後に設けることも可能である。

次に、この状態で中央ブーム部１２と一側ブーム部１６とを、図６中に示す矢印の方向で互いに突合せるようにして、例えばウェブ板１３，１７間に溶接用の開先部２６を図５、図７に示すように形成する。このとき、上側のフランジ板１４，１８間にも同様な開先部を形成し、下側のフランジ板１５，１９間にも同様な開先部を形成する。

そして、ウェブ板１３，１７間の開先部２６には、外側から溶接トーチ等を用いて溶接盛りを施すことにより溶接ビード部２７を形成して溶接継手２４を製作する。また、上側のフランジ板１４，１８間にも、同様な溶接ビード部を形成して溶接継手３１を製作する。さらに、下側のフランジ板１５，１９間にも同様な溶接ビード部を形成して溶接継手を製作する。

これにより、中央ブーム部１２と一側ブーム部１６とは、予め四角形の閉断面構造をなす箱型構造体として形成した状態で、左，右のウェブ板１３,１７間が各溶接継手２４を用いて接合され、上側のフランジ板１４，１８間が溶接継手３１で接合され、下側のフランジ板１５，１９間も同様な溶接継手により接合される。また、中央ブーム部１２と他側ブーム部２０との間も、図３に示す溶接継手３２，３７等を用いて一体的に接合することができる。

ところで、このような溶接継手２４等の場合には、２つの箱型構造体を互いに突合せるようにして接合するため、ウェブ板１３，１７の両方に裏当て材２５を接合して設けることはできない。即ち、例えば一方のウェブ板１３にのみ裏当て材２５を接合して設け、相手方のウェブ板１７に対しては裏当て材２５を裏面側に当接または近接させて配置する以外に方法はない。

そして、このような状態でウェブ板１３，１７間に形成される開先部２６内に溶接盛りを施して溶接ビード部２７を設けた場合には、例えば図７中に示すようにウェブ板１７の裏面と裏当て材２５との間に溶接金属の一部がはみ出すようにして不溶着部２８が形成される。そして、この不溶着部２８の位置では、外力の作用に伴って応力集中が発生し易くなることが知られている。

そこで、本発明者等は、図９に示すような凸形状の突起部３８Ａを有する平板材３８をサンプルとして用意した。そして、該平板材３８の一方の端部側を動かないように固定し、他方の端部側には矢示Ｆ方向の引張り荷重を付加することにより、当該平板材３８の裏面３８Ｂにおける応力状態を詳細に検査して下記のような応力分布の特性データを作成した。

即ち、図１１に示す応力比の特性データ（特性線３９）は、横軸が平板材３８の板厚ｔを基準とした段差３８Ｃからの距離を示し、「０．５ｔ」の位置は、図１０に示す点Ａの位置（平板材３８の長さ方向で段差３８Ｃの位置から０．５ｔだけ離れた位置）に相当し、「１．０ｔ」の位置は、段差３８Ｃの位置から平板材３８の板厚ｔ分だけ離れた位置に相当する。また、縦軸は、平板材３８の裏面３８Ｂにおける裏面側応力比を示している。

この場合、裏面側応力比とは、例えば歪ゲージ等を用いて計測可能な平板材３８の裏面３８Ｂにおける応力を、平板材３８の断面平均応力で割り算することにより求められ、断面平均応力は平板材３８の断面形状から通常の応力計算を行うことにより算出されるものである。

そして、平板材３８の裏面側応力比は、図１１中に示す特性線３９のように、突起部３８Ａを有した平板材３８の中心Ｏ−Ｏ位置（例えば、図１１中の横軸で「−２．０ｔ」となる位置）で、１．３に近い値まで大きくなるのに対し、平板材３８の段差３８Ｃに近い位置（図１１中の横軸で「０」となる位置の近傍）では、裏面側応力比が１に近い値まで低下する。さらに、平板材３８の長さ方向で段差３８Ｃの位置から０．５ｔだけ離れた位置（図１０に示す点Ａの位置）では、裏面側応力比が０．９５〜１．０の間で、例えば０．９７５前，後の値まで小さくなることが確認された。

そこで、本実施の形態では、図２〜図７に示すように、ウェブ板１３の外表面側に凸形状の突起部２９を設け、該突起部２９の端部２９Ａを裏面側の不溶着部２８に対し、ウェブ板１３の長さ方向で距離ａ（ウェブ板１３の板厚ｔに対して１／２以上で、１．５倍以下となる距離ａ）だけ離間した位置に配設する構成としている。そして、凸形状の突起部２９は、開先部２６に沿ってウェブ板１３の幅方向に延びると共に、ウェブ板１３の板厚方向では溶接ビード部２７よりも外側に大きく突出する構成としている。

また、相手方となるウェブ板１７の外表面側にも凸形状の突起部３０を設け、該突起部３０の端部３０Ａも裏面側の不溶着部２８に対し、ウェブ板１７の長さ方向で距離ｂ（板厚ｔに対して１／２以上で、１．５倍以下となる距離ｂ）だけ離間した位置に配設している。そして、この場合の突起部３０も、開先部２６に沿ってウェブ板１７の幅方向に延びると共に、ウェブ板１７の板厚方向では溶接ビード部２７よりも外側に大きく突出する構成としている。

これにより、例えばウェブ板１３，１７間に付加される引張り荷重等の外力によりウェブ板１３，１７の裏面側に発生する応力が、ウェブ板１７の裏面側と裏当て材２５との間の不溶着部２８の位置で集中するのを、ウェブ板１３，１７の外表面側に設けた凸形状の突起部２９，３０により緩和することができる。

即ち、ウェブ板１３，１７の裏面側に発生する応力は、図１１に示す特性線３９による解析データからも明らかな如く、例えば板厚ｔに対して突起部２９，３０からｔ／２（０．５ｔ）以上に離れて、１．５倍（１．５ｔ）以下となる範囲内の位置で最も小さくなる。このため、図７中に例示した距離ａ，ｂの位置に不溶着部２８が配置されるように、ウェブ板１３，１７の表面側に突起部２９，３０を形成することにより、不溶着部２８の位置で裏面側の応力が集中するのを緩和することができ、外力に対する溶接継手２４の強度を容易に高めることができる。

しかも、凸形状の突起部２９，３０は、ウェブ板１３，１７の外表面側に肉盛りを施すように追加して設けることができる。このため、例えば一方のウェブ板１３に裏当て材２５を接合する前、または接合した後に凸形状の突起部２９，３０を設けることができ、あるいは溶接用の開先部２６に溶接トーチを用いて溶接ビード部２７を形成した後に、この溶接トーチを用いてウェブ板１３，１７の外側面に平板材からなる突起部２９，３０を接合して設けることもできる。

また、油圧ショベル１を実際に稼働させた後にも、必要に応じて作業現場等で溶接作業を行って突起部２９，３０を設けることも可能である。さらには、凸形状の突起部２９，３０は、ウェブ板１３，１７の必ずしも両方に設ける必要はなく、例えばウェブ板１３にのみ突起部２９を設け、他の突起部３０は省略してもよい。また、ウェブ板１７にのみ突起部３０を設け、一方の突起部２９を省略することも可能である。

これにより、本実施の形態によれば、ウェブ板１３，１７の外側面に突起部２９，３０を設けることにより、不溶着部２８における応力集中の緩和対策を低コストで、ウェブ板１３，１７の外表面側から容易に行うことができ、その作業性を確実に向上することができる。

かくして、予め四角形の閉断面構造をなす箱型構造体として形成された中央ブーム部１２と一側ブーム部１６とは、左，右のウェブ板１３,１７間をそれぞれ溶接継手２４を用いて接合でき、不溶着部２８における応力集中の緩和対策を低コストで図ることができると共に、上側のフランジ板１４，１８間も図３に示す溶接継手３１を用いて接合でき、下側のフランジ板１５，１９間も同様な溶接継手により接合することができる。

また、中央ブーム部１２と他側ブーム部２０との間も、左，右のウェブ板１３,２１間をそれぞれ溶接継手３２を用いて接合することができ、この場合も突起部３５,３６を設けることにより、ウェブ板２１の裏面側と裏当て材３３との間の不溶着部（図示せず）における応力集中の緩和対策を低コストで図ることができる。

そして、上側のフランジ板１４，２２間も図３に示す溶接継手３７を用いて接合でき、下側のフランジ板１５，２３間も同様な溶接継手で接合することができる。これにより、箱型構造体である中央ブーム部１２と他側ブーム部２０との間を、図３に示す溶接継手３２，３７等を用いて一体的に接合することができる。

従って、本実施の形態によれば、箱型構造体である中央ブーム部１２と一側ブーム部１６，他側ブーム部２０との間を溶接により接合するときに、裏当て材２５，３３等を用いてウェブ材１７，２１の裏面側に不溶着部２８等が形成される場合でも、応力の集中を容易に緩和することができ、材料費や製作コスト等を確実に低減することができる。

次に、図１２は本発明の第２の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、平板材の外表面側に肉盛溶接を施すことにより凸形状の突起部を形成する構成としたことにある。なお、本実施の形態では、前述した第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

図中、４１は本実施の形態で採用した溶接継手で、該溶接継手４１は、第１の実施の形態で述べた溶接継手２４と同様に、中央ブーム部１２のウェブ板１３と相手方（一側ブーム部１６）のウェブ板１７とを溶接により接合するもので、裏当て材２５、開先部２６、溶接ビード部２７および後述の突起部４２，４３等を含んで構成されている。

４２はウェブ板１３（平板材）の外表面側に設けられた凸形状の突起部で、該突起部４２は、第１の実施の形態で述べた突起部２９とほぼ同様に構成され、開先部２６、溶接ビード部２７に近い方の端部４２Ａ（即ち、ウェブ板１３の外表面に接して溶着された端部４２Ａ）が不溶着部２８に対し、ウェブ板１３の長さ方向で距離ａだけ離間した位置に配設されている。

しかし、この場合の突起部４２は、ウェブ板１３の外表面側に肉盛溶接を施すことにより形成されている。そして、突起部４２は、開先部２６に沿ってウェブ板１３の幅方向に延び、ウェブ板１３の板厚方向では溶接ビード部２７よりも外側に大きく突出している。これにより、突起部４２は、ウェブ板１７の裏面側で裏当て材２５との間に不溶着部２８が形成される場合でも、該不溶着部２８の位置で応力の集中等が発生するのを緩和するものである。

４３はウェブ板１７の外表面側に設けられた他の突起部で、該突起部４３も、ウェブ板１７の外表面に肉盛溶接を施すことによって形成した点を除けば、第１の実施の形態で述べた突起部３０と同様に構成されている。そして、突起部４３は、開先部２６、溶接ビード部２７に近い方の端部４３Ａ（即ち、ウェブ板１７の外表面に接して溶着された端部４３Ａ）が不溶着部２８に対し、ウェブ板１７の長さ方向で距離ｂだけ離間した位置に配設されている。

かくして、このように構成される本実施の形態でも、ウェブ板１３，１７の外側面に突起部４２，４３を設けることにより、前記第１の実施の形態と同様な効果を奏する。特に、本実施の形態では、ウェブ板１３，１７の外表面に肉盛溶接を施すことにより凸形状の突起部４２，４３を容易に形成することができる。

即ち、例えば溶接用の開先部２６に溶接盛りを施して溶接ビード部２７を形成する前、または溶接盛りを施して溶接ビード部２７を形成した後に、このときの溶接トーチを用いて突起部４２，４３の形成作業をウェブ板１３，１７（平板材）の外側から容易に行うことができ、溶接工程全体の作業性をより一層向上することができる。

次に、図１３は本発明の第３の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、平板材であるフランジ板間の溶接継手に凸形状の突起部を設ける構成としたことにある。なお、本実施の形態では、前述した第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

図中、５１は本実施の形態で採用した溶接継手で、該溶接継手５１は、第１の実施の形態で述べた溶接継手３１に替えて、中央ブーム部１２のフランジ板１４と相手方（一側ブーム部１６）のフランジ板１８とを溶接により接合するものである。そして、この場合の溶接継手５１は、後述の突起部５２，５３等を含んで構成されている。

５２はフランジ板１４の外表面側に設けられた凸形状の突起部で、該突起部５２は、第１の実施の形態で述べた突起部２９とほぼ同様に構成され、フランジ板１４の端部１４Ａ側に設けられている。そして、突起部５２は、開先部（図示せず）に沿ってフランジ板１４の幅方向に延び、フランジ板１４の板厚方向では溶接ビード部（図示せず）よりも外側に大きく突出している。

５３はフランジ板１８の外表面側に設けられた他の突起部で、この突起部５３も、第１の実施の形態で述べた突起部３０とほぼ同様に構成され、フランジ板１８の端部１８Ａ側に設けられている。そして、突起部５３は、開先部（図示せず）に沿ってフランジ板１８の幅方向に延び、フランジ板１８の板厚方向では溶接ビード部（図示せず）よりも外側に大きく突出している。

かくして、このように構成される本実施の形態では、前記第１の実施の形態で述べたウェブ板１３，１７間の溶接継手２４に加えて、上側のフランジ板１４，１８間にも突起部５２，５３を備える溶接継手５１を設けることにより、前記第１の実施の形態に比較して中央ブーム部１２と一側ブーム部１６との間をより一層強固に溶接することができ、例えばフランジ板１８の裏面側と裏当て材との間に不溶着部（いずれも図示せず）が形成される場合でも、不溶着部での応力の集中を緩和することができる。

なお、前記第３の実施の形態では、中央ブーム部１２と一側ブーム部１６との間の溶接構造において、ウェブ板１３，１７間を溶接継手２４により接合し、上側のフランジ板１４，１８間にも突起部５２，５３を備える溶接継手５１を設ける場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えばフランジ板１４，１８間の溶接継手５１で十分な強度が確保できるならば、ウェブ板１３，１７間の溶接継手２４は、突起部２９，３０等を用いない構造としてもよいものである。

また、前記第３の実施の形態で述べた中央ブーム部１２と一側ブーム部１６との間の溶接構造でも強度不足等が心配されるような場合には、下側のフランジ板１５，１９間の溶接継手に対しても、上側のフランジ板１４，１８間の溶接継手５１と同様に凸形状の突起部を設ける構成としてもよい。また、上記の点は、中央ブーム部１２と他側ブーム部２０との間の溶接継手についても同様である。

また、前記第１の実施の形態では、ウェブ板１３の外表面側に凸形状の突起部２９を設け、相手方となるウェブ板１７の外表面側にも凸形状の突起部３０を設ける場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えばウェブ板１３にのみ突起部２９を設け、ウェブ板１７には突起部３０を設けない構成としてもよい。また、ウェブ板１７にのみ突起部３０を設け、一方の突起部２９を省略することも可能である。そして、この点は、第２，第３の実施の形態についても同様である。

一方、前記各実施の形態では、作業装置８のブーム１１を中央ブーム部１２、一側ブーム部１６および他側ブーム部２０に３分割する場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、例えばブームを２分割、または４つ以上に分割する場合に適用してもよく、作業装置８のアーム９を複数に分割する場合等にも適用できるものである。

また、本発明による箱型構造体（平板材）間の溶接継手は、例えば図１に示す下部走行体２のトラックフレーム２Ａに用いる箱型構造体にも適用できるものである。さらに、例えばホイール式油圧ショベル、油圧クレーン等の溶接による箱型構造体にも適用でき、例えば伸縮式の作業腕（ブーム）を備えたクレーン、高所作業車、またはホイールローダ等のように、種々の建設機械に設ける作業腕、フレーム等の箱型構造体にも広く適用できるものである。

本発明の第１の実施の形態による溶接継手が適用された油圧ショベルを示す正面図である。 図１中のブームを拡大して示す正面図である。 図２のブームを斜め上側からみた斜視図である。 中央ブーム部を図２中の矢示IV−IV方向からみた断面図である。 中央ブーム部と一側ブーム部との溶接継手を図２中の矢示Ｖ−Ｖ方向からみた断面図である。 図２中の中央ブーム部、一側ブーム部および他側ブーム部を互いに接合する前の状態を示す分解図である。 図５の溶接継手を拡大して示す断面図である。 図７の溶接継手を斜め上方からみた一部破断の斜視図である。 裏面側の応力比を計測、演算するためにサンプルとして用いた平板材を示す縦断面図である。 図９に示す平板材の要部拡大図である。 平板材の裏面側応力比と段差からの距離との関係を示す特性線図である。 第２の実施の形態による溶接継手を示す図７と同様位置での縦断面図である。 第３の実施の形態による溶接継手が適用されたブームを示す斜視図である。

符号の説明

１ 油圧ショベル（建設機械）
８ 作業装置
１１ ブーム（溶接構造物）
１２ 中央ブーム部（箱型構造体）
１３，１７，２１ ウェブ板（平板材）
１４，１８，２２ 上側のフランジ板（平板材）
１５，１９，２３ 下側のフランジ板（平板材）
１６ 一側ブーム部（箱型構造体）
２０ 他側ブーム部（箱型構造体）
２４，３２，４１，５１ 溶接継手
２５，３３ 裏当て材
２６ 溶接用の開先部
２７，３４ 溶接ビード部
２８ 不溶着部
２９，３０，３５，３６，４２，４３，５２，５３ 凸形状の突起部

Claims (5)

1. 少なくとも２枚の平板材と、該各平板材のうちいずれか一方の平板材の裏面側に接合して設けられた裏当て材と、前記各平板材を互いに対向する端面に沿って溶接により接合するため該裏当て材と各平板材との間に形成された溶接用の開先部と、該開先部に前記各平板材の外表面側から溶接盛りを施して形成される溶接ビード部とからなる平板材間の溶接継手において、
   前記各平板材のうち少なくとも一方の平板材には、その外表面側を前記開先部に沿って延びると共に前記溶接ビード部よりも平板材の板厚方向に突出して形成された凸形状の突起部を設け、
   該突起部は、前記裏当て材と平板材との間に形成される不溶着部を基準として予め決められた位置に配置する構成としたことを特徴とする平板材間の溶接継手。
2. 前記突起部は、前記開先部に近い方の端部が前記不溶着部の位置から平板材の板厚に対し１／２以上で１．５倍以下となる距離だけ、前記平板材の長さ方向に離間した位置に配設する構成としてなる請求項１に記載の平板材間の溶接継手。
3. 前記突起部は、前記平板材の外表面に溶接手段で接合された別体の板材により構成してなる請求項１または２に記載の平板材間の溶接継手。
4. 前記突起部は、前記平板材の外表面側に肉盛溶接を施すことにより構成してなる請求項１または２に記載の平板材間の溶接継手。
5. 複数の平板材を溶接して閉断面構造をなすように形成された複数の箱型構造体と、該各箱型構造体のうちいずれか一方の箱型構造体に設けられ前記平板材の裏面側に接合された裏当て材と、前記各箱型構造体を互いに対向する端面に沿って溶接により接合するため該裏当て材と各平板材との間に形成された溶接用の開先部と、該開先部に前記各箱型構造体の外表面側から溶接盛りを施して形成される溶接ビード部とからなる箱型構造体間の溶接継手において、
   前記各箱型構造体のうち少なくとも一方の箱型構造体の平板材には、その外表面側を前記開先部に沿って延びると共に前記溶接ビード部よりも平板材の板厚方向に突出して形成された凸形状の突起部を設け、
   該突起部は、前記裏当て材と平板材との間に形成される不溶着部を基準として予め決められた位置に配置する構成としたことを特徴とする箱型構造体間の溶接継手。

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