JP5108709B2

JP5108709B2 - 建設機械のキャビン防音装置

Info

Publication number: JP5108709B2
Application number: JP2008254626A
Authority: JP
Inventors: 京子増田; 康正木村; 員弘上田
Original assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd; Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd; Kobe Steel Ltd
Priority date: 2008-09-30
Filing date: 2008-09-30
Publication date: 2012-12-26
Anticipated expiration: 2028-09-30
Also published as: EP2341192A1; WO2010038585A1; CN102171396A; CN102171396B; US8590668B2; US20110162908A1; EP2341192B1; JP2010084428A; EP2341192A4

Description

本発明は油圧ショベル等の建設機械において、キャビン内への騒音の侵入を抑制するキャビン防音装置に関するものである。

油圧ショベルを例にとって背景技術を説明する。

油圧ショベルは、図１４に示すように、クローラ式の下部走行体１上に上部旋回体２が縦軸まわりに旋回自在に搭載され、この上部旋回体２に、ブーム３、アーム４、バケット５を備えた作業アタッチメント６が装着されて構成される。

上部旋回体２は、ベースとしてのアッパーフレーム７を備え、このアッパーフレーム７上の後部に、エンジン８が収容されるエンジンルーム９が設けられる一方、前部に、オペレータが各種操作を行うキャビン１０が設置される。なお、この明細書において、前、後、左、右はキャビン１０内に着座したオペレータから見た方向性をいう。

このアッパーフレーム７及びキャビン１０まわりの構成を図１５〜図１７に示す。

アッパーフレーム７のキャビン設置部分にはキャビンデッキ１１が設けられ、このキャビンデッキ１１上にキャビン１０が設置される。

キャビンデッキ１１は、箱構造をなす前、左、右の各側枠１２〜１４、及び前後両側の横フレーム１５,１６によって大略梯子状に形成されている。

このキャビンデッキ１１には、前後両側の左右、つまり四隅の内側に、図示しないキャビンマウント部材が取付けられるマウント台座１７…が取付けられるとともに、下面側の開口を閉塞するアンダーカバー１８（図１７参照）が、前側枠１２と前側横フレーム１５との間、及び両側横フレーム１５,１６間に取付けられる。

また、キャビンデッキ１１の上面は、キャビン１０の床となるフロアプレート１９によって閉塞される。

図１７中、２０はキャビン１０内に設けられた運転席である。

こうして、キャビン１０の下方に、キャビンデッキ１１とアンダーカバー１８とフロアプレート１９とによって、周囲がほぼ閉塞された閉構造のキャビン下空間Ｓ,Ｓが形成され、このキャビン下空間Ｓ,Ｓに油圧配管や配線類等が通される。

なお、特許請求の範囲でいう「キャビン下部材」とは、キャビン下方のすべての部材、すなわち、上記キャビンデッキ１１、アンダーカバー１８及びマウント台座１７…をいう。

キャビン下空間Ｓ,Ｓは、上記のように基本的には周囲が閉塞された閉構造であるが、フロアプレート１９、キャビンデッキ１１及びアンダーカバー１８に配管を通すための穴や水抜き穴が設けられるため、これらの穴等を通じて外部とキャビン下空間Ｓ,Ｓ、キャビン下空間Ｓ,Ｓとキャビン１０内とが連通した状態となっている。

このため、エンジン音やポンプ音、ファン音等の運転騒音が外部からキャビン下空間Ｓ,Ｓ経由でキャビン１０内に侵入し、オペレータに不快感を与える。

従来、このキャビン内騒音の対策として、特許文献１,２に示された技術が公知である。

特許文献１に示された公知技術の１では、キャビン内の床と天井に空間遮断層を設けることによってキャビン内の有効高さを低くし、キャビン内の共鳴周波数を高域化するとともに、空間遮断層と外側パネルとの間を吸音用の空気層としている。

一方、特許文献２に示された公知技術の２では、キャビン周壁（たとえばピラー）に、キャビン内の背圧を逃がすための音抜き穴を設けている。

なお、キャビン内騒音対策ではなく、機械外部に放出される騒音を抑制する公知技術として、特許文献３に示されているように、アッパーフレームを構成する箱形部材に開口部と首部を設けてレゾネータを構成し、とくに低周数騒音を共鳴作用によって低減させる技術（公知技術の３）が提案されている。
特開平８−８１９７６号公報特開２００３−２６８８０５号実開平３−５９２２３号

しかし、公知技術の１によるとキャビン内の全高が低くなるため、居住性、快適性が損なわれ、公知技術の２によると音抜き穴によってキャビン内と外部を積極的に連通させる構成であるため、冷暖房効率が低下する等の弊害が大きく、この点で実用に適さなかった。

一方、公知技術の３では、キャビン内に侵入する騒音に対しては抑制効果が得られない。

そこで本発明は、居住性や快適性が損なわれたり冷暖房効率が低下したりする等の弊害が一切生じないで、キャビン内の騒音を効果的に低減することができる建設機械のキャビン防音装置を提供するものである。

請求項１の発明は、下部走行体上に上部旋回体が旋回自在に搭載されるとともに、上記上部旋回体を構成するアッパーフレーム上にキャビンが設置され、このキャビンの下方に、キャビンのフロアプレートと、キャビンを支持するキャビンデッキを含むキャビン下部材とによって周囲がほぼ閉塞された閉構造のキャビン下空間が形成され、上記キャビンデッキには、キャビンマウント部材が取付けられる、周囲がほぼ閉塞された箱構造のマウント台座が設けられ、このマウント台座における上記キャビン下空間に通じる側壁に開口部が設けられることにより、このマウント台座を胴部とするレゾネータが構成されたものである。

請求項２の発明は、請求項１の構成において、レゾネータの共鳴周波数が４００Ｈｚ以下に設定されたものである。

本発明によると、キャビン下部材の一つである、キャビンマウント部材が取付けられるマウント台座を箱構造とするとともに、このマウント台座にキャビン下空間に通じる開口部を設けることによって、マウント台座を胴部とするレゾネータを構成したから、キャビン下空間の音圧を下げ、結果としてキャビン内の音圧を低減することができる。

この場合、請求項２の発明のようにレゾネータの共鳴周波数を、キャビン内の共鳴の影響が大きい４００Ｈｚ以下に設定することにより、キャビン内騒音低減の実益がより高くなる。

しかも、キャビン内に空間遮断層を設ける公知技術の１のように居住性や快適性が損なわれる弊害も、またキャビンに音抜き穴を設ける公知技術の２のように冷暖房効率が低下する弊害も生じない。

本発明の実施形態、及び実施形態を分かり易くするための参考形態を図１〜図１３によって説明する。

以下の実施形態及び参考形態は、油圧ショベルを適用対象としている。

実施形態及び参考形態において、次の点は図１４〜図１７に示す従来構造と同じである。

Ａ. アッパーフレーム７のキャビン設置部分にキャビンデッキ１１が設けられ、このキャビンデッキ１１上にキャビン１０が設置される点。

Ｂ. キャビンデッキ１１は、箱構造をなす前、左、右の各側枠１２〜１４、及び前後の横フレーム１５,１６によって大略梯子状に形成されている点。

Ｃ．このキャビンデッキ１１には、前後両側の左右、つまり四隅の内側に、図示しないキャビンマウント部材が取付けられるマウント台座１７…が取付けられるとともに、下面側の開口を閉塞するアンダーカバー１８が、前側枠１２と前横フレーム１５との間、及び両横フレーム１５,１６との間に取付けられる点。

Ｄ．キャビンデッキ１１の上面は、キャビン１０の床となるフロアプレート１９によって閉塞される点。

Ｅ．こうして、キャビン１０の下方に、キャビンデッキ１１とアンダーカバー１８とフロアプレート１９とによって、油圧配管や配線類等が通される、前後、左右、上下がほぼ閉じた閉構造のキャビン下空間Ｓ,Ｓが形成される点。

その他、図１４〜図１７に示す部分と同一部分には同一符号を付して示し、その重複説明を省略する。

第１参考形態（図１〜図７参照）
第１参考形態で使用されるレゾネータ（共鳴器。ヘルムホルツ形吸音器ともいう）２１は、図４に示すように直方体状の胴部２２に円筒状の首部２３が突設された箱体として形成され、ここでは４００Ｈｚ以下、たとえば２００Ｈｚを共鳴周波数として、首部２３の内空部分である開口部２４から胴部２２に入射した騒音を共鳴作用によって低減する。

いいかえれば、レゾネータ２１が吸音する周波数は、音速、首部２３の断面積と長さ、胴部２２の容積によって決まり、この周波数が対象騒音のそれと一致するように各部の寸法を設定することによって吸音効果を得ることができる。

なお、レゾネータ２１の胴部２２は直方体状でなくともよく、たとえば円筒状でもよい。また、首部２３は必ずしも突出していなくてもよい。

第１参考形態においては、図１〜図３に示すようにこのレゾネータ２１が、キャビンデッキ１１を構成する前後の横フレーム１５,１６の相対向する壁面（請求項３〜５の壁面）の左右両側端部、すなわち、両横フレーム１５,１６間に形成されたキャビン下空間Ｓの四つの角部の少なくとも一つ（ここでは四つ全て）に、開口部２４が壁面近傍でキャビン下空間Ｓに向けて開口する状態で設けられている。

このようにキャビン下空間Ｓにレゾネータ２１を設置することにより、前記した配管通し穴等を通って外部からキャビン下空間Ｓ経由でキャビン内に侵入しようとする騒音をキャビン下空間Ｓで低減することができる。

この点を詳述する。キャビン下空間（前後の横フレーム１５,１６間の空間）Ｓにおけるキャビン幅方向及びキャビン前後方向の１次共鳴の音圧分布を図５に、２次共鳴の音圧分布を図６にそれぞれ示す。

両図で分かるように、前後両側の横フレーム１５,１６間に形成されるキャビン下空間Ｓにおいては、１次共鳴、２次共鳴とも、両側横フレーム１５,１６の向かい合った壁面の端部、つまりキャビン下空間Ｓの各角部が音圧最大部分（音圧の腹部）となる。

従って、音圧の腹部となる角部にレゾネータ２１…の開口部２４を配置することにより、キャビン下空間Ｓにおける共鳴を抑制して音圧を効果的に下げ、耳元での音を低減することができる。

また、第１参考形態のように四つの角部すべてにレゾネータ２１…を配置することによって一層高い騒音低減効果を得ることができる。

なお、レゾネータ２１は、両側横フレーム１５,１６でなく、左右の側枠１３,１４の壁面に設置してもよい。

この第１参考形態による騒音低減効果を確認するために発明者が行った実験の結果を図７に示す。

図７中の太線が第１参考形態、破線がレゾネータ２１を設置しない場合をそれぞれ示し、レゾネータ２１の胴部２２のサイズは１５０ｍｍ×１５０ｍｍ×４０ｍｍ、首部２３は直径、長さとも４０ｍｍとした。

このレゾネータ２１を全角部に設置して騒音レベルを測定したところ、対象周波数２００Ｈｚで無負荷時の右耳元音が約５ｄＢ低減した。

なお、レゾネータ２１を二つの角部のみに設置した場合、あるいは角部よりも横フレーム中央寄りの位置に設置した場合でも、一定の騒音低減効果を得ることができる。

また、他の騒音周波数に対しても、それに対応して胴部２２及び首部２３の寸法設定を変えることにより基本的に同様の騒音低減効果を得ることができる。但し、油圧ショベルの場合、対象周波数はキャビン内の共鳴の影響が大きい４００Ｈｚ以下とするのが望ましい。

第２参考形態（図８,９参照）
第２参考形態では、前後両側横フレーム１５,１６が、周囲がほぼ閉塞された、左右に長い箱構造である点に着目し、この横フレーム１５,１６を利用してレゾネータを構成している。

ここでは前側横フレーム１５のみを例示しており、図８は水平断面図、図９は図８のイ方向から見た図（背面図）である。

この場合、横フレーム１５の容積がレゾネータとして大き過ぎることから、この実施形態においては、横フレーム１５内の長さ方向複数個所（図例では四個所）に仕切板２５…を設けることによって、同フレーム１５内の端部側に二つの独立した閉塞空間２６,２６を形成し、この両閉塞空間２６,２６を開口部２７,２７によって外部（図１〜図３のキャビン下空間Ｓ）に連通させている。

こうして、閉塞空間２６,２６を胴部とする、所望の騒音低減効果を得るのに最適の胴部容積を持ったレゾネータ２８,２８を簡単に構成することができる。

また、この構成によると、仕切板２５…によって横フレーム１５の剛性、強度を高めることができるため、同フレーム１５自体の振動を抑える効果が得られる。

さらに、この第２参考形態においては、図９に示すように、開口部２７,２７を、上側が円弧状となる半楕円形に形成し、下端が横フレーム１５の下端に位置する状態で設けている。

こうすれば、開口部２７,２７による横フレーム１５の大きな強度低下を回避できるとともに、この開口部２７,２７の加工が簡単となり、かつ、同フレーム１５内に雨水が溜まることを防止できる利点がある。

なお、開口部２７の他の形状として、四角形等の多角形や縦長または横長の楕円形を採用してもよい。

第３参考形態
上記第２参考形態のバリエーション１として、図１０に示すように仕切板２５,２５と直交してフレーム長さ方向に垂直仕切板２９を設けることにより、閉塞空間２６,２６をそれぞれ前空間２６ａと後空間２６ｂに区画し、空間ごとに前後方向に開口する開口部２７…を設けてレゾネータ３０…を構成している。

こうすれば、図１〜図３に示すように横フレーム１５の前後両側にキャビン下空間Ｓ,Ｓが形成される場合に、この両空間Ｓ,Ｓの音圧を下げることができる。

第４参考形態
図１１に示すように仕切板２５,２５と直交して横フレーム長さ方向に水平仕切板３１を設けることによって閉塞空間２６,２６を上空間２６ｃと下空間２６ｄとに区画し、空間ごとに前後方向に開口する開口部２７…を設けてレゾネータ３２…を構成している。

第５参考形態
図１２（図８のレゾネータ構成を前提とした場合を例示している）に示すように、開口部２７を部分的な穴ではなく、長さ方向全長またはほぼ全長に亘る切欠状に形成している。

次に、本発明の実施形態を説明する。

図１３に示すように、マウント台座１７を箱構造とするとともに、キャビン下空間Ｓに通じる側壁に開口部２７を設けることにより、このマウント台座１７を胴部とするレゾネータ３３を構成している。

なお、マウント台座１７の上面は、キャビンマウント部材を取付けるために図示のように開口しているが、この開口はキャビンマウント部材が取付けられた状態で閉塞され、マウント台座１７全体として周囲がほぼ閉塞された箱状となるため、レゾネータ３３の胴部としての機能を十分果たす。

また、図では前部左右両側のマウント台座１７,１７のみを利用した場合を例示しているが、後部左右両側、またはすべてのマウント台座１７…を利用してレゾネータ３３を構成してもよい。

この実施形態及び前記第２〜第５各参考形態によっても、基本的に第１参考形態と同様の効果を得ることができる。

本発明の第１参考形態にかかるキャビン防音装置を示す平面図である。同、斜視図である。同、側断面図である。同装置を構成するレゾネータの斜視図である。キャビン下空間における１次共鳴の音圧分布を示す図である。同、２次共鳴の音圧分布を示す図である。同装置による騒音低減実験の結果を示す図である。本発明の第２参考形態を示すキャビンデッキ横フレームの水平断面図である。図８のイ方向矢視図である。本発明の第３参考形態を示す図８相当図である。本発明の第４参考形態を示すキャビンデッキ横フレームの垂直断面図である。本発明の第５参考形態を示す図８相当図である。本発明の実施形態を示す斜視図である。本発明の適用対象である油圧ショベルの概略側面図である。同ショベルのキャビンデッキを含むアッパーフレームの部分平面図である。キャビンデッキの斜視図である。キャビンデッキを含むキャビン下部材の側断面図である。

１下部走行体
２上部旋回体
７アッパーフレーム
１０キャビン
１１キャビン下部材としてのキャビンデッキ
１７キャビン下部材としてのマウント台座
１８同、アンダーカバー
１９キャビンのフロアプレート
Ｓキャビン下空間
３３マウント台座を胴部とするレゾネータ

Claims

下部走行体上に上部旋回体が旋回自在に搭載されるとともに、上記上部旋回体を構成するアッパーフレーム上にキャビンが設置され、このキャビンの下方に、キャビンのフロアプレートと、キャビンを支持するキャビンデッキを含むキャビン下部材とによって周囲がほぼ閉塞された閉構造のキャビン下空間が形成され、上記キャビンデッキには、キャビンマウント部材が取付けられる、周囲がほぼ閉塞された箱構造のマウント台座が設けられ、このマウント台座における上記キャビン下空間に通じる側壁に開口部が設けられることにより、このマウント台座を胴部とするレゾネータが構成されたことを特徴とする建設機械のキャビン防音装置。
レゾネータの共鳴周波数が４００Ｈｚ以下に設定されたことを特徴とする請求項１記載の建設機械のキャビン防音装置。